JP2012099530A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents

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Shinichiro Abe
真一郎 阿部
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the withstand voltage between a lower electrode and an upper electrode of a capacitive element composed of the lower electrode, the upper electrode, and an insulating film therebetween.SOLUTION: ONO films IF are consecutively formed between a lower electrode BE and an upper electrode TE, side-surface oxide films 9 on each side surface of the upper electrode TE, and sidewalls 10, and the sidewalls 10 composed of an intrinsic semiconductor film are formed on the side surfaces of the upper electrode TE via the side-surface oxide films 9, thereby preventing the occurrence of leakage current between the lower electrode BE and the upper electrode TE.

Description

本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特に、多結晶シリコン膜/絶縁膜/多結晶シリコン膜から構成される容量(以下、単に「PIP容量」という)素子を備えた半導体装置およびその製造方法に適用して有効な技術に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device, and more particularly, to a semiconductor device including a capacitor (hereinafter simply referred to as “PIP capacitor”) composed of a polycrystalline silicon film / insulating film / polycrystalline silicon film and the manufacturing thereof. The present invention relates to a technique effective when applied to a method.

同一の半導体基板の主面に形成されたMIS(Metal Insulator Semiconductor)トランジスタ、容量素子および抵抗素子を備えた半導体装置は、自動車分野、電化製品分野などの様々な分野に適用されている。半導体基板の主面に形成される容量素子には、MIS(Metal Insulator Semiconductor)容量、MIM(Metal Insulator Metal)容量、およびPIP(polysilicon Insulator polysilicon)容量がある。   2. Description of the Related Art A semiconductor device including a MIS (Metal Insulator Semiconductor) transistor, a capacitor element, and a resistor element formed on the main surface of the same semiconductor substrate is applied to various fields such as an automobile field and an electric appliance field. Capacitance elements formed on the main surface of the semiconductor substrate include an MIS (Metal Insulator Semiconductor) capacitor, an MIM (Metal Insulator Metal) capacitor, and a PIP (polysilicon insulator polysilicon) capacitor.

PIP容量は、MIS容量およびMIM容量と比較して極性による容量変化が少なく、安定した容量である。また、PIP容量は、その電極端子を、MISトランジスタのゲート電極を構成する多結晶シリコン膜と同一工程で形成された多結晶シリコン膜で構成すれば、工程の増加を抑えて形成することができる。   The PIP capacity is a stable capacity with less change in capacity due to polarity compared to the MIS capacity and the MIM capacity. Further, the PIP capacitor can be formed while suppressing an increase in the number of steps if the electrode terminal is formed of a polycrystalline silicon film formed in the same process as the polycrystalline silicon film constituting the gate electrode of the MIS transistor. .

特許文献1(特開2004−200504号公報)には、半導体基板の素子分離領域上に順に形成された下部電極、誘電体膜および上部電極により構成される容量素子を有し、前記誘電体膜が2層の酸化シリコン膜および前記2層の酸化シリコン膜の間の窒化シリコン膜により構成されている半導体装置を形成することが記載されている。ここでは、前記誘電体膜を構成する窒化シリコン膜およびその下部の酸化シリコン膜を、前記上部電極の幅よりも広い幅で形成し、前記上部電極の端部よりも外側に前記誘電体膜の一部を延在させることが記載されている。ただし、特許文献1では、上部電極の側壁に形成されるサイドウォール(スペーサー)は前記半導体基板上に形成される電界効果トランジスタのエクステンション領域形成用のサイドウォールと同一工程で形成される絶縁膜であり、その部材は酸化シリコン膜などからなるものとしている。   Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-200504) includes a capacitive element including a lower electrode, a dielectric film, and an upper electrode that are sequentially formed on an element isolation region of a semiconductor substrate, and the dielectric film Describes forming a semiconductor device composed of a two-layer silicon oxide film and a silicon nitride film between the two silicon oxide films. Here, the silicon nitride film constituting the dielectric film and the silicon oxide film below the silicon nitride film are formed with a width wider than the width of the upper electrode, and the dielectric film is formed outside the end of the upper electrode. It is described that a part is extended. However, in Patent Document 1, the sidewall (spacer) formed on the sidewall of the upper electrode is an insulating film formed in the same process as the sidewall for forming the extension region of the field effect transistor formed on the semiconductor substrate. The member is made of a silicon oxide film or the like.

特許文献2(特開2003−258108号公報)には、半導体基板上に下部電極、誘電体膜、上部電極を順に積層したMIM型構造の静電容量素子を有する半導体装置の製造工程において、上部電極のエッジ直下の誘電体膜をエッチングダメージから保護するため、上部電極の側壁にサイドウォールを形成した後に露出している前記誘電体膜除去することが記載されている。ここでは、誘電体膜を等方性エッチングにより除去する際にサイドエッチが起こった場合、MIM型容量の容量値が減少し、または容量値がばらつくことを問題視しているが、誘電体膜がサイドエッチされることによる容量素子の耐圧の変化についての記載はない。また、誘電体膜を上部電極のエッジからサイドウォールの幅の分だけ外側に広がるように形成することが記載されているが、サイドウォールの部材にはSiN膜を用いることが記載されており、サイドウォールをポリシリコン膜により形成することについては記載も示唆もされていない。また、上部電極の側壁のサイドウォールが、前記半導体基板上に形成される電界効果トランジスタのエクステンション領域形成用のサイドウォールと同一工程で形成される絶縁膜であるのか、あるいは前記エクステンション領域形成用のサイドウォールとは別工程で形成される絶縁膜であるのかについての記載はない。また、前記半導体基板上にMONOS(Metal Oxide Nitride Oxide Semiconductor)型のメモリセル(以下単に「MONOSメモリ」という)などの不揮発性記憶素子を形成する旨の記載もない。   In Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-258108), in a manufacturing process of a semiconductor device having an MIM type capacitive element in which a lower electrode, a dielectric film, and an upper electrode are sequentially stacked on a semiconductor substrate, In order to protect the dielectric film directly under the edge of the electrode from etching damage, it is described that the exposed dielectric film is removed after the side wall is formed on the side wall of the upper electrode. In this case, if side etching occurs when the dielectric film is removed by isotropic etching, the capacitance value of the MIM type capacitor is reduced or the capacitance value varies. There is no description about the change in the breakdown voltage of the capacitor due to the side etching. In addition, it is described that the dielectric film is formed so as to spread outward from the edge of the upper electrode by the width of the sidewall, but it is described that a SiN film is used as a member of the sidewall, There is no description or suggestion of forming the sidewalls from a polysilicon film. Further, the sidewall of the upper electrode side wall is an insulating film formed in the same step as the sidewall for forming the extension region of the field effect transistor formed on the semiconductor substrate, or for forming the extension region. There is no description as to whether the insulating film is formed in a separate process from the sidewall. Further, there is no description that a non-volatile memory element such as a MONOS (Metal Oxide Nitride Oxide Semiconductor) type memory cell (hereinafter simply referred to as “MONOS memory”) is formed on the semiconductor substrate.

特許文献3(特開平9−8245号公報)には、半導体基板上に順に形成され、Pt膜からなる下電極、容量絶縁膜およびPt膜からなる上電極を備えた容量素子について記載されている。ここでは、容量絶縁膜の端部が上電極の端部より外側に形成されるようなレジストマスクを用いて容量絶縁膜を加工することにより、容量絶縁膜の加工時のドライエッチングにより容量絶縁膜の端部に発生するダメージを受けていない領域の容量絶縁膜のみを使用した容量素子を形成することが記載されている。なお、上電極および下電極の部材にはPt(白金)などの金属膜または導電性酸化膜を用いることが記載されており、半導体膜を用いることは記載も示唆もされていない。また、上電極および下電極のそれぞれの側壁を含む表面はシリコン酸化膜からなる保護膜により覆われており、上電極および下電極のそれぞれの側壁に半導体膜が形成される旨の記載はない。また、前記半導体基板上にMONOSメモリなどの不揮発性記憶素子を形成する旨の記載もない。   Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 9-8245) describes a capacitive element that is formed on a semiconductor substrate in order, and includes a lower electrode made of a Pt film, a capacitive insulating film, and an upper electrode made of a Pt film. . Here, by processing the capacitor insulating film using a resist mask in which the end of the capacitor insulating film is formed outside the end of the upper electrode, the capacitor insulating film is dry-etched during processing of the capacitor insulating film. Forming a capacitive element using only a capacitive insulating film in a region that is not damaged at the end of the substrate. It is described that a metal film such as Pt (platinum) or a conductive oxide film is used for members of the upper electrode and the lower electrode, and there is no description or suggestion that a semiconductor film is used. Further, the surface including the side walls of the upper electrode and the lower electrode is covered with a protective film made of a silicon oxide film, and there is no description that a semiconductor film is formed on each side wall of the upper electrode and the lower electrode. Further, there is no description that a nonvolatile memory element such as a MONOS memory is formed on the semiconductor substrate.

特開2004−200504号公報JP 2004-200504 A 特開2003−258108号公報JP 2003-258108 A 特開平9−8245号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-8245

半導体基板上に順に成膜した第1多結晶シリコン膜からなる下部電極、容量絶縁膜、第2多結晶シリコン膜からなる上部電極の3層を含むPIP容量素子を形成する場合、半導体基板の主面上に形成された第1多結晶シリコン膜上に容量絶縁膜および第2多結晶シリコン膜を形成した後、同一のフォトレジスト膜をマスクとして第2多結晶シリコン膜および容量絶縁膜を加工する方法が考えられる。容量絶縁膜は例えば絶縁膜として酸化シリコン膜、窒化シリコン膜および酸化シリコン膜を順に積層した構造を有するONO(oxide-nitride-oxide)膜であり、容量絶縁膜を除去する際は、下部電極、容量絶縁膜または上部電極などの他の領域または他の素子などがダメージを受けることを防ぐため、例えば熱リン酸(HPO)などを用いたウェットエッチングを用いる。このときのエッチングにより、容量絶縁膜は上部電極の端部よりも内側にオーバーエッチされ、容量絶縁膜の端部が容量絶縁膜の中央部に向かって上部電極の端部よりも後退する形となる。 When forming a PIP capacitive element including three layers of a lower electrode made of a first polycrystalline silicon film, a capacitor insulating film, and an upper electrode made of a second polycrystalline silicon film, which are sequentially formed on a semiconductor substrate, After forming the capacitive insulating film and the second polycrystalline silicon film on the first polycrystalline silicon film formed on the surface, the second polycrystalline silicon film and the capacitive insulating film are processed using the same photoresist film as a mask. A method is conceivable. The capacitor insulating film is, for example, an ONO (oxide-nitride-oxide) film having a structure in which a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxide film are sequentially stacked as an insulating film. When removing the capacitor insulating film, the lower electrode, In order to prevent other regions such as the capacitor insulating film or the upper electrode or other elements from being damaged, wet etching using, for example, hot phosphoric acid (H 2 PO 4 ) is used. By this etching, the capacitor insulating film is overetched inward from the end of the upper electrode, and the end of the capacitor insulating film recedes from the end of the upper electrode toward the center of the capacitor insulating film. Become.

ここで比較例として、前記加工によって上部電極を形成した後に、上部電極の側壁に例えば酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜を順に積層した絶縁膜からなるサイドウォールを形成したPIP容量素子の断面図を図14を用いて示す。   Here, as a comparative example, a PIP capacitor element in which an upper electrode is formed by the above processing and then a sidewall made of an insulating film in which, for example, a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxide film are sequentially laminated on the sidewall of the upper electrode. A cross-sectional view is shown using FIG.

図14に示すように、半導体基板SB上には、容量素子PCgを構成する絶縁膜3a、下部電極BE、容量絶縁膜であるONO膜IFgおよび上部電極TEが順に形成されている。半導体基板SBの主面に沿う方向では、ONO膜IFgの幅は上部電極TEの幅よりも狭く、上部電極TEの端部はONO膜IFgの端部よりも外側に位置している。上部電極TEおよび下部電極BEの側壁には酸化シリコン膜12、窒化シリコン膜13および酸化シリコン膜14を順に形成した積層構造を有するサイドウォールSWが形成されており、上部電極TEの側壁に形成されたサイドウォールSWの最下層の酸化シリコン膜12は、ONO膜IFgの端部よりも外側に形成されたひさし状の上部電極TEの端部の直下の下部電極BEとの間に入り込んで形成されている。   As shown in FIG. 14, on the semiconductor substrate SB, the insulating film 3a constituting the capacitive element PCg, the lower electrode BE, the ONO film IFg as a capacitive insulating film, and the upper electrode TE are sequentially formed. In the direction along the main surface of the semiconductor substrate SB, the width of the ONO film IFg is narrower than the width of the upper electrode TE, and the end portion of the upper electrode TE is located outside the end portion of the ONO film IFg. A sidewall SW having a laminated structure in which a silicon oxide film 12, a silicon nitride film 13, and a silicon oxide film 14 are sequentially formed is formed on the sidewalls of the upper electrode TE and the lower electrode BE, and is formed on the sidewalls of the upper electrode TE. The lowermost silicon oxide film 12 of the sidewall SW is formed so as to enter between the lower electrode BE immediately below the end of the eaves-like upper electrode TE formed outside the end of the ONO film IFg. ing.

すなわち、上部電極TEと下部電極BEとの間にはONO膜IFgが形成されているが、上部電極TEの端部の近傍においては、上部電極TEと下部電極BEとの間にONO膜IFgが形成されておらず、代わりに酸化シリコン膜12が形成されている。このようなPIP容量素子を動作させた場合、ONO膜IFgが形成されていない上部電極TE端部では、上部電極TEと下部電極BEとの間の耐圧が低下し、上部電極TEおよび下部電極BE間にリーク電流が流れやすくなる問題がある。   That is, the ONO film IFg is formed between the upper electrode TE and the lower electrode BE, but the ONO film IFg is formed between the upper electrode TE and the lower electrode BE in the vicinity of the end of the upper electrode TE. The silicon oxide film 12 is formed instead. When such a PIP capacitive element is operated, the withstand voltage between the upper electrode TE and the lower electrode BE decreases at the end of the upper electrode TE where the ONO film IFg is not formed, and the upper electrode TE and the lower electrode BE There is a problem that leakage current easily flows between them.

本発明の目的は、容量素子の耐圧を向上させ、半導体装置の信頼性を向上させることにある。   An object of the present invention is to improve the withstand voltage of a capacitor and improve the reliability of a semiconductor device.

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。   The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

本願において開示される実施の形態のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。   Of the embodiments disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.

本発明の好ましい一実施の形態である半導体装置は、
半導体基板上の第1領域に形成された下部電極と、
前記下部電極上に形成された第1絶縁膜と、
前記第1絶縁膜の直上に形成された上部電極と、
前記第1絶縁膜の直上であって前記上部電極の側壁に第2絶縁膜を介して形成された真性半導体膜と、
を有するものである。
A semiconductor device according to a preferred embodiment of the present invention includes:
A lower electrode formed in a first region on a semiconductor substrate;
A first insulating film formed on the lower electrode;
An upper electrode formed directly on the first insulating film;
An intrinsic semiconductor film formed immediately above the first insulating film and on the side wall of the upper electrode via a second insulating film;
It is what has.

また、本発明の好ましい一実施の形態である半導体装置の製造方法は、
半導体基板の主面の第1領域に形成された容量素子を有する半導体装置の製造方法であって、
(a)前記第1領域の前記半導体基板上に第1絶縁膜を介して第1導電膜を形成する工程と、
(b)前記第1導電膜を加工して前記第1導電膜からなる下部電極を前記第1領域に形成する工程と、
(c)前記下部電極上に第2絶縁膜を形成する工程と、
(d)前記半導体基板の主面の全面上に第2導電膜を形成する工程と、
(e)前記第1領域の前記第2導電膜を加工して前記第2導電膜からなる上部電極を前記下部電極の直上に形成する工程と、
(f)前記半導体基板を熱処理して前記上部電極の側壁に側壁酸化膜を形成する工程と、
(g)前記半導体基板の主面の全面上に真性半導体膜を形成した後、前記真性半導体膜を加工することにより、前記下部電極の直上であって前記上部電極の側壁に前記側壁酸化膜を介して前記真性半導体膜からなる第1サイドウォールを形成する工程と、
(h)前記上部電極、前記側壁酸化膜、前記第1サイドウォールをマスクとして、露出している前記第2絶縁膜を除去し、前記下部電極、前記第2絶縁膜、前記上部電極および前記第1サイドウォールを有する前記容量素子を形成する工程と、
を有するものである。
A method for manufacturing a semiconductor device according to a preferred embodiment of the present invention includes:
A method of manufacturing a semiconductor device having a capacitive element formed in a first region of a main surface of a semiconductor substrate,
(A) forming a first conductive film on the semiconductor substrate in the first region via a first insulating film;
(B) processing the first conductive film to form a lower electrode made of the first conductive film in the first region;
(C) forming a second insulating film on the lower electrode;
(D) forming a second conductive film on the entire main surface of the semiconductor substrate;
(E) processing the second conductive film in the first region to form an upper electrode made of the second conductive film directly on the lower electrode;
(F) heat-treating the semiconductor substrate to form a sidewall oxide film on the sidewall of the upper electrode;
(G) After forming an intrinsic semiconductor film on the entire main surface of the semiconductor substrate, the intrinsic semiconductor film is processed to form the sidewall oxide film on the sidewall of the upper electrode directly above the lower electrode. Forming a first sidewall made of the intrinsic semiconductor film via
(H) The exposed second insulating film is removed using the upper electrode, the sidewall oxide film, and the first sidewall as a mask, and the lower electrode, the second insulating film, the upper electrode, and the first electrode are removed. Forming the capacitive element having one sidewall;
It is what has.

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。   Among the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows.

上記した本発明の好ましい一実施の形態によれば、容量素子の耐圧を向上させることができる。   According to the above-described preferred embodiment of the present invention, the breakdown voltage of the capacitive element can be improved.

本発明の実施の形態1である半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device which is Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1である半導体装置の製造方法を示す断面図である。(a)は製造工程中の本実施の形態1である半導体装置の断面図である。(b)は図2(a)に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which is Embodiment 1 of this invention. (A) is sectional drawing of the semiconductor device which is this Embodiment 1 in a manufacturing process. (B) is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device following Fig.2 (a). 本発明の実施の形態1である半導体装置の製造方法を示す断面図である。(a)は図2(b)に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。(b)は図3(a)に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which is Embodiment 1 of this invention. (A) is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device following FIG.2 (b). (B) is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device following Fig.3 (a). 本発明の実施の形態1である半導体装置の製造方法を示す断面図である。(a)は図3(b)に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。(b)は図4(a)に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which is Embodiment 1 of this invention. (A) is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device following FIG.3 (b). (B) is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device following Fig.4 (a). 本発明の実施の形態1である半導体装置の製造方法を示す断面図である。(a)は図4(b)に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。(b)は図5(a)に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which is Embodiment 1 of this invention. (A) is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device following FIG.4 (b). (B) is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device following Fig.5 (a). 本発明の実施の形態1である半導体装置の製造方法を示す断面図である。(a)は図5(b)に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。(b)は図6(a)に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which is Embodiment 1 of this invention. (A) is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device following FIG.5 (b). (B) is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device following Fig.6 (a). 図6(b)に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 6 (b). 図7に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 7; 図8に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 8. 本発明の実施の形態2である半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device which is Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2である半導体装置の製造方法を示す断面図である。(a)は製造工程中の本実施の形態2である半導体装置の製造方法を示す断面図である。(b)は図11(a)に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which is Embodiment 2 of this invention. (A) is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which is this Embodiment 2 in a manufacturing process. FIG. 12B is a cross-sectional view showing a method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 本発明の実施の形態3である半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device which is Embodiment 3 of this invention. 製造工程中の本実施の形態3である半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device which is this Embodiment 3 in a manufacturing process. 比較例である半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device which is a comparative example.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なときを除き、同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiments, and the repetitive description thereof will be omitted. Also, in the following embodiments, the description of the same or similar parts will not be repeated in principle unless particularly necessary.

(実施の形態1)
本発明の実施の形態による半導体装置の一例を図1を用いて説明する。図1は半導体基板SB上に、不揮発性記憶素子であるMONOSメモリMn、容量素子であるPIP容量素子PCおよび電界効果トランジスタであるMISトランジスタ(MISFET(MIS Field Effect Transistor))Tnを有する半導体装置の一部を示す断面図である。図1では、図の左から順にMONOSメモリMn、PIP容量素子PCおよびMISトランジスタTnを示している。ここでは、MONOSメモリMnおよびMISトランジスタTnはnチャネル型のトランジスタであるものとする。MISトランジスタTnは、MONOSメモリMnを動作させるための周辺回路を構成し、MONOSメモリMnよりも低い電圧で駆動する素子である。
(Embodiment 1)
An example of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows a semiconductor device having a MONOS memory Mn which is a nonvolatile memory element, a PIP capacitor element PC which is a capacitor element, and a MIS transistor (MIS Field Effect Transistor) Tn which is a field effect transistor on a semiconductor substrate SB. It is sectional drawing which shows a part. In FIG. 1, the MONOS memory Mn, the PIP capacitor element PC, and the MIS transistor Tn are shown in order from the left of the drawing. Here, it is assumed that the MONOS memory Mn and the MIS transistor Tn are n-channel transistors. The MIS transistor Tn constitutes a peripheral circuit for operating the MONOS memory Mn, and is an element that is driven at a voltage lower than that of the MONOS memory Mn.

図1に示すように、本実施の形態の半導体装置は半導体基板SBを有し、半導体基板SB上にはMONOSメモリMn、PIP容量素子PCおよびMISトランジスタTnが形成されている。半導体基板SBの上面には、MONOSメモリMn、PIP容量素子PCおよびMISトランジスタTnのそれぞれの素子を分けるように溝(図示しない)が形成され、溝内には、例えば主に酸化シリコン膜からなる素子分離領域(図示しない)が形成されている。例えばp型の単結晶シリコンからなる半導体基板SBの上面には、p型の不純物(例えばB(ホウ素))が比較的低い濃度で導入されたp型の半導体領域であるウエル2が形成されており、MONOSメモリMnおよびMISトランジスタTnのそれぞれの下部の半導体基板SBの上面には、ウエル2よりも浅い領域に、p型の不純物(例えばB(ホウ素))が比較的低い濃度で導入されたチャネル領域(図示しない)が形成されている。 As shown in FIG. 1, the semiconductor device of the present embodiment has a semiconductor substrate SB, and a MONOS memory Mn, a PIP capacitor element PC, and a MIS transistor Tn are formed on the semiconductor substrate SB. A groove (not shown) is formed on the upper surface of the semiconductor substrate SB so as to divide each element of the MONOS memory Mn, the PIP capacitor element PC, and the MIS transistor Tn, and the groove is mainly made of, for example, a silicon oxide film. An element isolation region (not shown) is formed. For example, a well 2 that is a p type semiconductor region into which a p type impurity (for example, B (boron)) is introduced at a relatively low concentration is formed on the upper surface of the semiconductor substrate SB made of p type single crystal silicon. In the upper surface of the semiconductor substrate SB below each of the MONOS memory Mn and the MIS transistor Tn, a p-type impurity (for example, B (boron)) is introduced into a region shallower than the well 2 at a relatively low concentration. A channel region (not shown) is formed.

MONOSメモリMnは、電位障壁膜であり、例えば酸化シリコン膜からなるボトム酸化膜5およびトップ酸化膜7と、ボトム酸化膜5およびトップ酸化膜7との間に介在する電荷蓄積膜である窒化シリコン膜6とからなる積層膜であるONO膜IFを有しており、ONO膜上には、ポリシリコン膜からなるゲート電極CGおよびその両側の側壁に形成された側壁酸化膜9およびサイドウォール10が形成されている。ここでは、側壁酸化膜9は酸化シリコン膜からなり、サイドウォール10は側壁酸化膜9を介してゲート電極CGの側壁に形成されている。サイドウォール10は半導体基板SB上にONO膜IFを介して形成されているが、半導体基板SBの主面に沿う方向のサイドウォール10の端部であって側壁酸化膜9と接している端部の反対側の端部の直下にはONO膜IFが形成されていない。つまり、ゲート電極CGのゲート長方向のゲート電極CG、側壁酸化膜9およびサイドウォール10の合計の幅は、ゲート電極CGの下部のONO膜IFの同方向の幅よりも広い。なお、図では側壁酸化膜9およびトップ酸化膜7を区別して示しているが、実際には同じ酸化シリコン膜からなり一体となっている膜である。   The MONOS memory Mn is a potential barrier film, for example, a silicon nitride film that is a charge storage film interposed between the bottom oxide film 5 and the top oxide film 7 made of a silicon oxide film, and the bottom oxide film 5 and the top oxide film 7. The ONO film IF which is a laminated film made of the film 6 is provided. On the ONO film, a gate electrode CG made of a polysilicon film and sidewall oxide films 9 and sidewalls 10 formed on the sidewalls on both sides thereof are formed. Is formed. Here, the sidewall oxide film 9 is made of a silicon oxide film, and the sidewall 10 is formed on the sidewall of the gate electrode CG via the sidewall oxide film 9. The sidewall 10 is formed on the semiconductor substrate SB via the ONO film IF, but is an end portion of the sidewall 10 in a direction along the main surface of the semiconductor substrate SB and in contact with the sidewall oxide film 9. The ONO film IF is not formed immediately below the opposite end. That is, the total width of the gate electrode CG in the gate length direction of the gate electrode CG, the sidewall oxide film 9 and the sidewall 10 is wider than the width in the same direction of the ONO film IF below the gate electrode CG. In the figure, the side wall oxide film 9 and the top oxide film 7 are distinguished from each other, but in actuality, they are films made of the same silicon oxide film and integrated.

ゲート電極CGの両側の側壁には、側壁酸化膜9およびサイドウォール10を介してサイドウォールSWが形成されている。サイドウォールSWは、半導体基板SB側から順に酸化シリコン膜12、窒化シリコン膜13および酸化シリコン膜14を積層した積層膜により構成されている。すなわち、サイドウォール10の側壁には、サイドウォール10の側壁に接する酸化シリコン膜12を介して窒化シリコン膜13および酸化シリコン膜14が順に形成されている。   Sidewalls SW are formed on the sidewalls on both sides of the gate electrode CG via the sidewall oxide films 9 and the sidewalls 10. The sidewall SW is composed of a laminated film in which a silicon oxide film 12, a silicon nitride film 13, and a silicon oxide film 14 are laminated in order from the semiconductor substrate SB side. That is, a silicon nitride film 13 and a silicon oxide film 14 are formed in this order on the side wall 10 with the silicon oxide film 12 in contact with the side wall 10 interposed therebetween.

上述したように、ゲート長方向のサイドウォール10の端部は、同方向のONO膜IFの端部よりも外側に張り出したひさし形状になっているため、サイドウォール10の端部の直下にはONO膜IFが形成されておらず、代わりにサイドウォールSWを構成する酸化シリコン膜12がひさし形状のサイドウォール10の端部の下部に入り込んで形成されている。すなわち、サイドウォール10の端部では、半導体基板SBの主面に対して垂直な方向において、サイドウォール10と半導体基板SBとの間に酸化シリコン膜12が介在している領域がある。   As described above, the end portion of the sidewall 10 in the gate length direction has an eaves shape projecting outward from the end portion of the ONO film IF in the same direction. The ONO film IF is not formed, and instead, the silicon oxide film 12 constituting the sidewall SW is formed so as to enter the lower part of the end portion of the eaves-shaped sidewall 10. That is, at the end of the sidewall 10, there is a region in which the silicon oxide film 12 is interposed between the sidewall 10 and the semiconductor substrate SB in a direction perpendicular to the main surface of the semiconductor substrate SB.

サイドウォール10、SWの下部の半導体基板SBの上面には、n型の不純物(例えばP(リン))が比較的低い濃度で導入されたn型の半導体着領域であるエクステンション領域15が形成されている。また、ゲート電極CGのゲート長方向の外側の領域であって、サイドウォールSWおよびエクステンション領域15よりも外側の半導体基板SBの上面には、n型の不純物(例えばP(リン))がエクステンション領域15よりも高い濃度で導入されたn型の半導体着領域である拡散層16が形成されている。拡散層16はエクステンション領域よりも深い接合深さで形成されており、エクステンション領域15および拡散層16はMONOSメモリMnのソース・ドレイン領域を構成し、前記ソース・ドレイン領域は、不純物濃度が高い低抵抗な拡散層16と、拡散層16よりも不純物濃度が低く高抵抗なエクステンション領域15とを含むLDD(Lightly Doped Drain)構造を構成している。 On the upper surface of the semiconductor substrate SB below the sidewalls 10 and SW, an extension region 15 which is an n type semiconductor deposition region into which an n type impurity (for example, P (phosphorus)) is introduced at a relatively low concentration is formed. Has been. An n-type impurity (for example, P (phosphorus)) is an extension region on the upper surface of the semiconductor substrate SB outside the gate electrode CG in the gate length direction and outside the sidewall SW and the extension region 15. A diffusion layer 16 which is an n + type semiconductor deposition region introduced at a concentration higher than 15 is formed. The diffusion layer 16 is formed with a junction depth deeper than that of the extension region. The extension region 15 and the diffusion layer 16 constitute a source / drain region of the MONOS memory Mn, and the source / drain region has a low impurity concentration and a low concentration. An LDD (Lightly Doped Drain) structure including a resistive diffusion layer 16 and an extension region 15 having an impurity concentration lower than that of the diffusion layer 16 and a high resistance is formed.

また、PIP容量素子PCは、半導体基板SB上に絶縁膜3aを介して形成された下部電極BEと、下部電極BEが形成上にONO膜IFを介して形成された上部電極TEを有している。上部電極TEはMONOSメモリMnのゲート電極CGを構成するポリシリコン膜と同層のポリシリコン膜からなる膜であるが、下部電極BEおよび上部電極TEは半導体基板SBの主面に沿う方向においてゲート電極CGよりも広い幅を有している。なお、同方向の下部電極BEの幅は上部電極TEの幅よりも狭く、上部電極TEの両側の端部は下部電極BEの直上に形成されている。   The PIP capacitor element PC has a lower electrode BE formed on the semiconductor substrate SB via the insulating film 3a, and an upper electrode TE formed on the lower electrode BE via the ONO film IF. Yes. The upper electrode TE is a film made of a polysilicon film in the same layer as the polysilicon film constituting the gate electrode CG of the MONOS memory Mn, but the lower electrode BE and the upper electrode TE are gated in the direction along the main surface of the semiconductor substrate SB. It has a width wider than that of the electrode CG. The width of the lower electrode BE in the same direction is narrower than the width of the upper electrode TE, and the end portions on both sides of the upper electrode TE are formed immediately above the lower electrode BE.

下部電極BEの両側の側壁には、ONO膜IFを介してサイドウォール10が形成されている。下部電極BEの側壁のONO膜IFおよびサイドウォール10は、MONOSメモリMnのONO膜IFおよびサイドウォール10のそれぞれと同じ部材からなるが、下部電極BEの側壁のONO膜IFは半導体基板SBの主面および下部電極BEの側壁に沿ってL字型に連続して形成されている。つまり、下部電極BEの側壁のサイドウォール10の下部には、半導体基板SBの上面との間にONO膜IFが介在している。半導体基板SBの主面に沿う方向において、下部電極BEの側壁のサイドウォール10の端部であって下部電極BEの反対側の端部は、MONOSメモリMnのサイドウォール10と同様に、下部に形成されたONO膜IFの同方向の端部よりも外側に張り出したひさし形状を有している。また、MONOSメモリMnと同様に、下部電極BEの側壁のサイドウォール10の外側の側壁にはサイドウォールSWが形成され、サイドウォール10の外側の端部の下部にはONO膜IFではなくサイドウォールSWを構成する酸化シリコン膜12が形成されている。なお、上部電極TEと下部電極BEとの間のONO膜IFを構成するトップ酸化膜7の膜厚は、サイドウォール10と下部電極BEとの間のONO膜IFを構成するトップ酸化膜7の膜厚とほぼ同一である。   Sidewalls 10 are formed on the side walls on both sides of the lower electrode BE via the ONO film IF. The ONO film IF and the side wall 10 on the side wall of the lower electrode BE are made of the same members as the ONO film IF and the side wall 10 of the MONOS memory Mn, but the ONO film IF on the side wall of the lower electrode BE is the main part of the semiconductor substrate SB. It is continuously formed in an L shape along the surface and the side wall of the lower electrode BE. That is, the ONO film IF is interposed between the lower surface of the sidewall 10 of the lower electrode BE and the upper surface of the semiconductor substrate SB. In the direction along the main surface of the semiconductor substrate SB, the end portion of the side wall 10 on the side wall of the lower electrode BE and the end portion on the opposite side of the lower electrode BE are located on the lower side in the same manner as the side wall 10 of the MONOS memory Mn. The formed ONO film IF has an eaves shape projecting outward from the end in the same direction. Similarly to the MONOS memory Mn, a sidewall SW is formed on the outer sidewall of the sidewall 10 of the lower electrode BE, and not the ONO film IF in the lower portion of the outer end of the sidewall 10. A silicon oxide film 12 constituting the SW is formed. The film thickness of the top oxide film 7 constituting the ONO film IF between the upper electrode TE and the lower electrode BE is the same as that of the top oxide film 7 constituting the ONO film IF between the sidewall 10 and the lower electrode BE. It is almost the same as the film thickness.

下部電極BE上のONO膜IFはMONOSメモリMnのONO膜IFと同様に、ボトム酸化膜5、窒化シリコン膜6およびトップ酸化膜7からなる積層構造を有している。上部電極TEの側壁には、MONOSメモリMnと同様に側壁酸化膜9を介してサイドウォール10が形成されており、サイドウォール10、側壁酸化膜9および上部電極TEは、下部電極BE上に形成されたONO膜IF上に形成されている。ただし、半導体基板SBの主面に沿う方向において、上部電極TEの側壁のサイドウォール10の端部であって側壁酸化膜9と接する端部の反対側の端部は、MONOSメモリMnのサイドウォール10と同様に、下部に形成されたONO膜IFの同方向の端部よりも外側に張り出したひさし形状を有している。また、MONOSメモリMnと同様に、上部電極TEの側壁のサイドウォール10の外側の側壁にはサイドウォールSWが形成され、サイドウォール10の外側の端部の下部にはONO膜IFではなくサイドウォールSWを構成する酸化シリコン膜12が形成されている。   Similar to the ONO film IF of the MONOS memory Mn, the ONO film IF on the lower electrode BE has a laminated structure including the bottom oxide film 5, the silicon nitride film 6, and the top oxide film 7. Similar to the MONOS memory Mn, the sidewall 10 is formed on the sidewall of the upper electrode TE via the sidewall oxide film 9, and the sidewall 10, the sidewall oxide film 9, and the upper electrode TE are formed on the lower electrode BE. The ONO film IF is formed. However, in the direction along the main surface of the semiconductor substrate SB, the end of the sidewall 10 on the side wall of the upper electrode TE and opposite to the end in contact with the side wall oxide film 9 is the side wall of the MONOS memory Mn. 10 has an eaves shape protruding outward from the end portion in the same direction of the ONO film IF formed in the lower portion. Similarly to the MONOS memory Mn, a sidewall SW is formed on the outer side wall of the side wall 10 of the upper electrode TE, and not the ONO film IF on the lower side of the outer end of the side wall 10. A silicon oxide film 12 constituting the SW is formed.

このように、本実施の形態では、下部電極BEと上部電極TEとの間のONO膜IFは、半導体基板SBの主面に沿う方向の幅が上部電極TEの同方向の幅よりも広く、同方向の上部電極TEの端部よりも外側に延在して形成されている。言い換えれば、ONO膜IFの直上に上部電極TEの側壁(エッジ部分)が形成されており、上部電極TEの側壁の直下にONO膜IFが形成されていない領域はない。   Thus, in the present embodiment, the ONO film IF between the lower electrode BE and the upper electrode TE has a width in the direction along the main surface of the semiconductor substrate SB wider than the width in the same direction of the upper electrode TE. It is formed to extend outward from the end portion of the upper electrode TE in the same direction. In other words, the sidewall (edge portion) of the upper electrode TE is formed immediately above the ONO film IF, and there is no region where the ONO film IF is not formed immediately below the sidewall of the upper electrode TE.

また、MISトランジスタTnは、半導体基板SB上に、絶縁膜3aと同層の膜であるゲート絶縁膜3を介して形成されたポリシリコン膜からなるゲート電極G1と、ゲート電極G1の両側の半導体基板SBの上面に形成されたエクステンション領域17および拡散層18を有している。エクステンション領域17はn型の不純物(例えばP(リン))が比較的薄い濃度で導入された半導体領域であり、拡散層18はn型の不純物(例えばP(リン))がエクステンション領域17よりも濃い濃度で導入された半導体領域である。拡散層18は、ゲート電極G1の直下のウエル2に対し、エクステンション領域17よりも外側に形成されており、またエクステンション領域17よりも深い接合深さで形成されている。エクステンション領域17および拡散層18はMISトランジスタTnのソース・ドレイン領域を構成している。また、ゲート電極G1の側壁には側壁酸化膜9、ONO膜IFまたはサイドウォール10は形成されておらず、サイドウォールSWが形成されている。   The MIS transistor Tn includes a gate electrode G1 made of a polysilicon film formed on the semiconductor substrate SB via a gate insulating film 3 that is the same layer as the insulating film 3a, and semiconductors on both sides of the gate electrode G1. It has an extension region 17 and a diffusion layer 18 formed on the upper surface of the substrate SB. The extension region 17 is a semiconductor region into which an n-type impurity (for example, P (phosphorus)) is introduced at a relatively low concentration, and the diffusion layer 18 has an n-type impurity (for example, P (phosphorus)) in the extension region 17. This is a semiconductor region introduced at a high concentration. The diffusion layer 18 is formed outside the extension region 17 with respect to the well 2 immediately below the gate electrode G 1, and is formed with a deeper junction depth than the extension region 17. The extension region 17 and the diffusion layer 18 constitute a source / drain region of the MIS transistor Tn. Further, the sidewall oxide film 9, the ONO film IF, or the sidewall 10 is not formed on the sidewall of the gate electrode G1, but the sidewall SW is formed.

サイドウォールSWは周辺MISであるMISトランジスタTnのエクステンション領域17の幅を規定して形成することを目的として形成されており、半導体基板SBの主面に沿う方向において、半導体基板SBの上面のエクステンション領域17の幅は、半導体基板SBの上面に接しているサイドウォールSWの幅とほぼ同様となる。また、同方向におけるMONOSメモリMnのエクステンション領域15の幅は、側壁酸化膜9、サイドウォール10およびサイドウォールSWの合計の幅とほぼ同様となる。   The sidewall SW is formed for the purpose of defining the width of the extension region 17 of the MIS transistor Tn which is the peripheral MIS, and the extension of the upper surface of the semiconductor substrate SB in the direction along the main surface of the semiconductor substrate SB. The width of the region 17 is substantially the same as the width of the sidewall SW in contact with the upper surface of the semiconductor substrate SB. Further, the width of the extension region 15 of the MONOS memory Mn in the same direction is substantially the same as the total width of the sidewall oxide film 9, the sidewall 10, and the sidewall SW.

拡散層16、18、ゲート電極CG、G1、上部電極TEおよび下部電極BEのそれぞれの上面にはシリサイド層19が形成されている。ただし、下部電極BE上のシリサイド層19は、ONO膜IFおよびサイドウォールSWに覆われていない下部電極BEの上面にのみ形成されている。また、シリサイド層19はゲート電極CG、上部電極TEの端部および下部電極BEのそれぞれの側壁に形成されたサイドウォール10の上面であってサイドウォールSWから露出している領域にも形成されている。   A silicide layer 19 is formed on the upper surfaces of the diffusion layers 16 and 18, the gate electrodes CG and G1, the upper electrode TE, and the lower electrode BE. However, the silicide layer 19 on the lower electrode BE is formed only on the upper surface of the lower electrode BE that is not covered with the ONO film IF and the sidewall SW. The silicide layer 19 is also formed on the upper surface of the side wall 10 formed on the side walls of the gate electrode CG, the end of the upper electrode TE, and the lower electrode BE, and in the region exposed from the side wall SW. Yes.

サイドウォール10とゲート電極CGとの間およびサイドウォール10と上部電極TEとの間のそれぞれの側壁酸化膜9の幅は極小さく、例えば1〜2nm程度である。このため、ゲート電極CG上のシリサイド層19とゲート電極CGの側壁のサイドウォール10の上部のシリサイド層19とは接続されて一体となっており、導電性のあるシリサイド層19を介してゲート電極CGおよびサイドウォール10の上部は電気的に接続されている。同様に、上部電極TE上のシリサイド層19と上部電極TEの側壁のサイドウォール10の上部のシリサイド層19とは接続されて一体となっており、導電性のあるシリサイド層19を介して上部電極TEおよびサイドウォール10の上部は電気的に接続されている。   The width of each sidewall oxide film 9 between the sidewall 10 and the gate electrode CG and between the sidewall 10 and the upper electrode TE is extremely small, for example, about 1 to 2 nm. Therefore, the silicide layer 19 on the gate electrode CG and the silicide layer 19 on the sidewall 10 on the side wall of the gate electrode CG are connected and integrated, and the gate electrode is interposed through the conductive silicide layer 19. The upper part of the CG and the sidewall 10 is electrically connected. Similarly, the silicide layer 19 on the upper electrode TE and the silicide layer 19 on the sidewall 10 on the side wall of the upper electrode TE are connected and integrated, and the upper electrode is interposed via the conductive silicide layer 19. The upper part of the TE and the sidewall 10 is electrically connected.

なお、下部電極BE上のシリサイド層19と下部電極BEの側壁のサイドウォール10上のシリサイド層19とは、ここでは分離して電気的に接続されていないものとするが、接続して一体となっていても構わない。   Here, the silicide layer 19 on the lower electrode BE and the silicide layer 19 on the sidewall 10 of the side wall of the lower electrode BE are separated and not electrically connected here, but are connected and integrated. It does not matter.

シリサイド層19、側壁酸化膜9、サイドウォール10、SWおよび素子分離領域(図示しない)を含む半導体基板SBの主面上には、例えば窒化シリコン膜からなるストッパ絶縁膜20と、例えば酸化シリコン膜などからなる層間絶縁膜21が順に形成されている。ストッパ絶縁膜20および層間絶縁膜21には、層間絶縁膜21の上面から各シリサイド層19の上面に達するコンタクトホール22が形成され、それぞれのコンタクトホール22内には導電膜からなるコンタクトプラグ23が形成されている。なお、図1ではゲート電極CG、G1および上部電極TEのそれぞれの上部にコンタクトホール22およびコンタクトプラグ23が形成されている領域は示していない。   On the main surface of the semiconductor substrate SB including the silicide layer 19, the sidewall oxide film 9, the sidewall 10, SW and the element isolation region (not shown), a stopper insulating film 20 made of, for example, a silicon nitride film, and a silicon oxide film, for example An interlayer insulating film 21 made of or the like is sequentially formed. In the stopper insulating film 20 and the interlayer insulating film 21, contact holes 22 reaching from the upper surface of the interlayer insulating film 21 to the upper surfaces of the silicide layers 19 are formed, and contact plugs 23 made of a conductive film are formed in the respective contact holes 22. Is formed. Note that FIG. 1 does not show a region where the contact hole 22 and the contact plug 23 are formed above the gate electrodes CG and G1 and the upper electrode TE.

層間絶縁膜21上にはストッパ絶縁膜24を介して層間絶縁膜25が形成されており、ストッパ絶縁膜24および層間絶縁膜25には、層間絶縁膜25の上面からコンタクトプラグ23の上面に達する配線溝26が形成され、配線溝26内には、導体膜からなる金属配線27が形成されている。   An interlayer insulating film 25 is formed on the interlayer insulating film 21 via a stopper insulating film 24. The stopper insulating film 24 and the interlayer insulating film 25 reach the upper surface of the contact plug 23 from the upper surface of the interlayer insulating film 25. A wiring groove 26 is formed, and a metal wiring 27 made of a conductor film is formed in the wiring groove 26.

コンタクトプラグ23は、コンタクトホール22の内壁および底部に形成されたバリア導体膜(図示しない)を介して形成された接続部材であり、MONOSメモリMnおよびMISトランジスタTnのそれぞれのソース・ドレイン領域ならびに上部電極TEおよび下部電極BEと、金属配線27とをそれぞれ電気的に接続している。コンタクトプラグ23は例えばタングステンなどからなり、その側壁および底部に形成されたバリア導体膜は、例えば窒化チタンなどからなる。なお、図示していない領域において、ゲート電極CG、G1および上部電極TEは、それぞれの上部に形成されたシリサイド層19およびコンタクトプラグ23を介して金属配線(図示しない)と電気的に接続されている。   The contact plug 23 is a connection member formed through a barrier conductor film (not shown) formed on the inner wall and bottom of the contact hole 22, and the source / drain regions and upper portions of the MONOS memory Mn and the MIS transistor Tn. The electrode TE and the lower electrode BE are electrically connected to the metal wiring 27, respectively. The contact plug 23 is made of, for example, tungsten, and the barrier conductor film formed on the side wall and the bottom thereof is made of, for example, titanium nitride. In the region not shown, the gate electrodes CG and G1 and the upper electrode TE are electrically connected to a metal wiring (not shown) via the silicide layer 19 and the contact plug 23 formed on the upper part. Yes.

ストッパ絶縁膜20は例えば窒化シリコン膜からなり、コンタクトホール22を形成する際にエッチングストッパ膜として働く。また、層間絶縁膜21、25は例えば酸化シリコン膜またはSiOC膜などの絶縁膜からなる。ストッパ絶縁膜24は例えば窒化シリコン膜からなり、配線溝26を形成する際にエッチングストッパ膜として働く。   The stopper insulating film 20 is made of, for example, a silicon nitride film, and functions as an etching stopper film when the contact hole 22 is formed. The interlayer insulating films 21 and 25 are made of an insulating film such as a silicon oxide film or a SiOC film. The stopper insulating film 24 is made of, for example, a silicon nitride film, and functions as an etching stopper film when the wiring trench 26 is formed.

金属配線27は、MONOSメモリMn、MISトランジスタTnおよびPIP容量素子PCに所定の電位を供給する配線であり、周知のダマシンプロセスによって形成されている。金属配線27は、配線溝26の内壁および底部に形成されたバリア導体膜と、前記バリア導体膜を介して配線溝26内に充填された金属膜からなる。前記バリア導体膜は例えばTa(タンタル)とTaN(窒化タンタル)との積層膜からなり、前記金属膜は、主にCu(銅)からなる膜である。前記バリア導体膜は、前記金属膜内の金属元素が層間絶縁膜25内などに拡散することを防ぐ目的で設けられている。なお、バリア導体膜の部材としては、タンタルの他に、チタン(Ti)、ルテニウム(Ru)、マンガン(Mn)またはそれらの化合物などを用いてもよい。   The metal wiring 27 is a wiring for supplying a predetermined potential to the MONOS memory Mn, the MIS transistor Tn, and the PIP capacitor element PC, and is formed by a known damascene process. The metal wiring 27 includes a barrier conductor film formed on the inner wall and bottom of the wiring groove 26 and a metal film filled in the wiring groove 26 through the barrier conductor film. The barrier conductor film is made of a laminated film of Ta (tantalum) and TaN (tantalum nitride), for example, and the metal film is a film mainly made of Cu (copper). The barrier conductor film is provided for the purpose of preventing the metal element in the metal film from diffusing into the interlayer insulating film 25 or the like. In addition to tantalum, titanium (Ti), ruthenium (Ru), manganese (Mn), or a compound thereof may be used as a member of the barrier conductor film.

なお、金属配線27は、ダマシン構造に限られず、アルミニウムを主体とした導体膜をパターニングして形成される配線構造としてもよい。   The metal wiring 27 is not limited to the damascene structure, and may be a wiring structure formed by patterning a conductor film mainly composed of aluminum.

シリサイド層19は、拡散層16、18とコンタクトプラグ23との間に介在することで拡散層16、18とコンタクトプラグ23との接触抵抗を低減する働きを有する。シリサイド層19は金属とシリコンとの反応層であり、その材料としては、例えばニッケルシリサイド、コバルトシリサイド、プラチナシリサイドまたはチタンシリサイドなどを用いることができる。   The silicide layer 19 has a function of reducing the contact resistance between the diffusion layers 16 and 18 and the contact plug 23 by being interposed between the diffusion layers 16 and 18 and the contact plug 23. The silicide layer 19 is a reaction layer of metal and silicon, and as its material, for example, nickel silicide, cobalt silicide, platinum silicide or titanium silicide can be used.

図1に示すサイドウォール10はいずれも同一工程で形成された同層の膜からなり、同様に、サイドウォールSWはいずれも同一工程で形成された同層の膜からなる。本実施の形態では、ゲート電極CG、G1、上部電極TEおよび下部電極BEには、それぞれn型の不純物(例えばP(リン))が導入されているものとする。サイドウォール10は元々不純物が殆ど導入されていない真性半導体として形成されているが、ゲート電極CGおよび上部電極TEの側壁のサイドウォール10には、薄い側壁酸化膜9を介してゲート電極CGおよび上部電極TEから少量のn型の不純物(例えばP(リン))がそれぞれ拡散している。   The sidewalls 10 shown in FIG. 1 are all made of the same layer film formed in the same process, and similarly, the sidewalls SW are both made of the same layer film formed in the same process. In the present embodiment, it is assumed that an n-type impurity (for example, P (phosphorus)) is introduced into each of the gate electrodes CG and G1, the upper electrode TE, and the lower electrode BE. Although the side wall 10 is originally formed as an intrinsic semiconductor into which almost no impurities are introduced, the side wall 10 on the side wall of the gate electrode CG and the upper electrode TE is connected to the gate electrode CG and the upper part via a thin side wall oxide film 9. A small amount of n-type impurity (for example, P (phosphorus)) is diffused from the electrode TE.

このとき、ゲート電極CGおよび上部電極TEのそれぞれの側壁のサイドウォール10の端部であって側壁酸化膜9との界面の近傍のサイドウォール10内の不純物濃度は、サイドウォール10の反対側の端部の近傍のサイドウォール10内の不純物濃度よりも高くなっており、側壁酸化膜9側の端部から反対側の端部にかけて不純物(例えばP(リン))の濃度が薄くなるように不純物が分布している。つまり、サイドウォール10の端部であって側壁酸化膜9側の端部の反対側の端部は、ほとんど不純物を含まない真性半導体となっている。   At this time, the impurity concentration in the side wall 10 in the vicinity of the interface with the side wall oxide film 9 at the end of the side wall 10 on the side wall of each of the gate electrode CG and the upper electrode TE is Impurities such that the concentration of impurities (for example, P (phosphorus)) decreases from the end portion on the side wall oxide film 9 side to the end portion on the opposite side. Are distributed. That is, the end portion of the side wall 10 that is opposite to the end portion on the side wall oxide film 9 side is an intrinsic semiconductor containing almost no impurities.

また、半導体基板SB上にn型の不純物(例えばP(リン))をイオン注入して拡散層16を形成する際、ゲート電極CGの側壁のサイドウォール10はマスクとして働くため、MONOSメモリMnのサイドウォール10の上部にはn型の不純物が導入されているが、それでもサイドウォール10の、特にサイドウォール10の端部であって側壁酸化膜9側の端部の反対側の端部は、ほとんど不純物を含まない真性半導体となっている。サイドウォール10は元々真性半導体であり、ゲート電極CGに比べて導電性が低い半導体膜であるが、ゲート電極CGからの拡散および拡散層16を形成する際のイオン注入により、サイドウォール10の上部およびゲート電極CG側の端部にはn型の不純物(例えばP(リン))が低い濃度で導入されている。また、ゲート電極CGと、ゲート電極CGの側壁のサイドウォール10とは、それぞれの上部に形成されたシリサイド層19を介して電気的に接続されているため、サイドウォール10はMONOSメモリMnの弱いゲート電極として機能するものと考えられる。   Further, when the diffusion layer 16 is formed by ion implantation of an n-type impurity (for example, P (phosphorus)) on the semiconductor substrate SB, the sidewall 10 on the sidewall of the gate electrode CG serves as a mask. Although n-type impurities are introduced into the upper portion of the sidewall 10, the end portion of the sidewall 10, particularly the end portion of the sidewall 10 opposite to the end portion on the side wall oxide film 9 side, It is an intrinsic semiconductor that contains almost no impurities. The sidewall 10 is originally an intrinsic semiconductor and is a semiconductor film having lower conductivity than the gate electrode CG. However, the sidewall 10 is diffused from the gate electrode CG and ion implantation at the time of forming the diffusion layer 16 is performed. In addition, an n-type impurity (for example, P (phosphorus)) is introduced at a low concentration into the end portion on the gate electrode CG side. Further, since the gate electrode CG and the sidewall 10 on the side wall of the gate electrode CG are electrically connected via the silicide layer 19 formed on each of the gate electrodes CG, the sidewall 10 is weak in the MONOS memory Mn. It is considered to function as a gate electrode.

ここで、MONOSメモリMnは、ゲート電極CGの下部の電荷蓄積層である窒化シリコン膜6内に電子を出し入れすることにより情報の書込および消去を行うことができる。電子の出し入れの方法には2通りあり、窒化シリコン膜6の下面全面にトンネル電流で電子を出し入れすることにより書込・消去を行なう方法と、ホットキャリアを用いてドレイン領域を構成するエクステンション領域15の近傍の窒化シリコン膜6端部に電子を入れて書込を行い、エクステンション領域15の端部で発生するホットホールによって消去を行う方法とがある。トンネル電流を用いる方法は、書き換え回数を多くすることができ、高い信頼性が確保することができる一方で、ホットキャリアを用いる方法の場合、書込・消去の動作電圧を低くでき、かつ高速にすることができる。   Here, the MONOS memory Mn can perform writing and erasing of information by putting electrons into and out of the silicon nitride film 6 which is a charge storage layer below the gate electrode CG. There are two ways to put in and out the electrons. Writing and erasing are performed by putting electrons into and out of the entire lower surface of the silicon nitride film 6 with a tunnel current, and extension regions 15 constituting drain regions using hot carriers. There is a method in which writing is performed by putting electrons into the end of the silicon nitride film 6 in the vicinity, and erasing is performed by hot holes generated at the end of the extension region 15. The method using the tunnel current can increase the number of times of rewriting and ensure high reliability. On the other hand, in the method using the hot carrier, the operation voltage for writing / erasing can be lowered and the operation speed can be increased. can do.

また、PIP容量素子PCは下部電極BEと上部電極TEとの間にONO膜IFなどの誘電体膜またはその他の絶縁膜を形成することにより、上部電極TEまたは下部電極BE内に電荷を保持するキャパシターとして機能する容量素子である。   The PIP capacitor element PC holds a charge in the upper electrode TE or the lower electrode BE by forming a dielectric film such as the ONO film IF or other insulating film between the lower electrode BE and the upper electrode TE. It is a capacitive element that functions as a capacitor.

また、MISトランジスタTnは、MONOSメモリMnを動作させるための周辺回路(ロジック)を構成し、例えば複数形成されたMONOSメモリMnを選択する働きを有する電界効果トランジスタである。   The MIS transistor Tn constitutes a peripheral circuit (logic) for operating the MONOS memory Mn, and is a field effect transistor having a function of selecting, for example, a plurality of MONOS memories Mn formed.

次に、比較例を用いて本実施の形態の半導体装置の効果を説明する。   Next, the effect of the semiconductor device of this embodiment will be described using a comparative example.

図14に、比較例としてPIP容量素子を有する半導体装置の断面図を示す。図14に示すように、半導体基板SB上には、PIP容量素子PCgを構成する絶縁膜3a、下部電極BE、容量絶縁膜であるONO膜IFgおよび上部電極TEが順に形成されている。下部電極BEおよび上部電極TEのそれぞれの上面にはシリサイド層19が形成されている。なお、図をわかりやすくするため、図14ではシリサイド層19より上部に形成されたコンタクトプラグ、層間絶縁膜および金属配線などの図示を省略している。   FIG. 14 is a cross-sectional view of a semiconductor device having a PIP capacitor element as a comparative example. As shown in FIG. 14, an insulating film 3a, a lower electrode BE, an ONO film IFg that is a capacitive insulating film, and an upper electrode TE that form the PIP capacitive element PCg are sequentially formed on the semiconductor substrate SB. Silicide layers 19 are formed on the upper surfaces of the lower electrode BE and the upper electrode TE. For the sake of clarity, FIG. 14 does not show contact plugs, interlayer insulating films, metal wirings, and the like formed above the silicide layer 19.

半導体基板SBの主面に沿う方向では、ONO膜IFgの幅は上部電極TEの幅よりも狭く、上部電極TEの端部はONO膜IFgの端部よりも外側に位置している。上部電極TEおよび下部電極BEのそれぞれの側壁には酸化シリコン膜12、窒化シリコン膜13および酸化シリコン膜14を順に形成した積層構造を有するサイドウォールSWが形成されており、上部電極TEの側壁に形成されたサイドウォールSWの最下層の酸化シリコン膜12は、ONO膜IFgの端部よりも外側に形成されたひさし状の上部電極TEの端部の直下の下部電極BEとの間に入り込んで形成されている。   In the direction along the main surface of the semiconductor substrate SB, the width of the ONO film IFg is narrower than the width of the upper electrode TE, and the end portion of the upper electrode TE is located outside the end portion of the ONO film IFg. Sidewalls SW having a laminated structure in which a silicon oxide film 12, a silicon nitride film 13, and a silicon oxide film 14 are sequentially formed are formed on the side walls of the upper electrode TE and the lower electrode BE. The lowermost silicon oxide film 12 of the formed sidewall SW enters between the lower electrode BE directly below the end of the eaves-like upper electrode TE formed outside the end of the ONO film IFg. Is formed.

なお、酸化シリコン膜12は、熱処理により形成された側壁酸化膜およびCVD(Chemical Vapor Deposition:化学的気相成長)法で形成されたTEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)膜などからなる。   The silicon oxide film 12 includes a sidewall oxide film formed by heat treatment and a TEOS (Tetra Ethyl Ortho Silicate) film formed by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method.

すなわち、上部電極TEと下部電極BEとの間にはONO膜IFgが形成されているが、上部電極TEの端部の近傍においては、上部電極TEと下部電極BEとの間にONO膜IFgが形成されておらず、代わりに酸化シリコン膜12が形成されている。ONO膜IFgに比べて酸化シリコン膜12の絶縁性は低いため、このようなPIP容量素子を動作させた場合、ONO膜IFgが形成されていない上部電極TE端部では、上部電極TEと下部電極BEとの間の耐圧が低下し、上部電極TEおよび下部電極BE間にリーク電流が流れやすくなる問題がある。図14には、矢印でリーク電流の流れる経路を示している。   That is, the ONO film IFg is formed between the upper electrode TE and the lower electrode BE, but the ONO film IFg is formed between the upper electrode TE and the lower electrode BE in the vicinity of the end of the upper electrode TE. The silicon oxide film 12 is formed instead. Since the insulating property of the silicon oxide film 12 is lower than that of the ONO film IFg, when such a PIP capacitor element is operated, the upper electrode TE and the lower electrode are formed at the end of the upper electrode TE where the ONO film IFg is not formed. There is a problem in that the withstand voltage between the BE and the lower electrode decreases, and a leak current easily flows between the upper electrode TE and the lower electrode BE. In FIG. 14, a path through which a leak current flows is indicated by an arrow.

上記の問題は、ONO膜IFgが上部電極TEの端部よりも外側に延在して形成されず、上部電極TEの端部とONO膜IFgの端部とを揃えて形成しようとするために起こる。比較例の半導体装置の製造工程では、まず半導体基板SB上に加工された絶縁膜3aおよび下部電極BEを形成した後、半導体基板SBの主面上の全面にONO膜IFgおよびポリシリコン膜をCVD法および熱酸化法などにより形成した後、フォトリソグラフィ技術およびエッチングにより、同一のフォトレジスト膜をマスクとして前記ポリシリコン膜およびONO膜IFgを加工し、前記ポリシリコン膜からなる上部電極TEを形成し、その下部にONO膜を残す。   The above problem is that the ONO film IFg is not formed to extend outside the end portion of the upper electrode TE, and the end portion of the upper electrode TE and the end portion of the ONO film IFg are to be formed in alignment. Occur. In the manufacturing process of the semiconductor device of the comparative example, the processed insulating film 3a and the lower electrode BE are first formed on the semiconductor substrate SB, and then the ONO film IFg and the polysilicon film are formed on the entire main surface of the semiconductor substrate SB by CVD. Then, the polysilicon film and the ONO film IFg are processed using the same photoresist film as a mask by photolithography and etching to form the upper electrode TE made of the polysilicon film. The ONO film is left below.

このとき、前記ポリシリコン膜の加工は異方性エッチングを用いて行うが、ONO膜IFgの加工は熱リン酸(HPO)などを用いたウェットエッチングにより行うため、ONO膜IFgは上部電極TEの端部よりも内側にオーバーエッチされ、ONO膜IFgの端部がONO膜IFgの中央部に向かって上部電極TEの端部よりも後退する形となる。すなわち、実際には、上部電極TEおよびONO膜IFgのそれぞれの側壁は同一の面に揃わず、上部電極TEの端部がひさし形状になることにより、上部電極TEの形成後に形成される上部電極TEのサイドウォールSWを構成する酸化シリコン膜12が、後退したONO膜IFによって形成されたひさし形状の上部電極TEの端部の下部の空間を埋めるように形成される。 At this time, the polysilicon film is processed by anisotropic etching, but the ONO film IFg is processed by wet etching using hot phosphoric acid (H 2 PO 4 ) or the like. Overetching is performed on the inner side of the end portion of the electrode TE, and the end portion of the ONO film IFg recedes from the end portion of the upper electrode TE toward the central portion of the ONO film IFg. That is, in practice, the side walls of the upper electrode TE and the ONO film IFg are not aligned on the same surface, and the end portion of the upper electrode TE has an eaves shape, so that the upper electrode formed after the upper electrode TE is formed. The silicon oxide film 12 constituting the TE sidewall SW is formed so as to fill the space below the end of the eaves-shaped upper electrode TE formed by the recessed ONO film IF.

このような構造を有するPIP容量素子PCgでは、上部電極TEと下部電極BEとの間に形成された酸化シリコン膜12を介して上部電極TEと下部電極BEとの間にリーク電流が流れやすくなるため、上部電極TEと下部電極BEとの間の耐圧が低下し、半導体装置の信頼性が低下する問題がある。   In the PIP capacitor element PCg having such a structure, a leakage current easily flows between the upper electrode TE and the lower electrode BE through the silicon oxide film 12 formed between the upper electrode TE and the lower electrode BE. Therefore, there is a problem that the breakdown voltage between the upper electrode TE and the lower electrode BE is lowered, and the reliability of the semiconductor device is lowered.

そこで、本発明者は、図1に示すように、上部電極TEと下部電極BEとの間に酸化シリコン膜12を介在させず、ONO膜IFを比較例の半導体装置に比べて外側に延在するように形成し、上部電極TEの側壁の直下にもONO膜IFが配置されている半導体装置を検討した。   Therefore, as shown in FIG. 1, the inventor does not interpose the silicon oxide film 12 between the upper electrode TE and the lower electrode BE, and extends the ONO film IF to the outside as compared with the semiconductor device of the comparative example. Thus, a semiconductor device in which the ONO film IF is disposed directly under the side wall of the upper electrode TE was examined.

図1に示すように、本実施の形態の半導体装置では、上部電極TEの両側の側壁の一方側壁のサイドウォール10の下部からもう一方の側壁のサイドウォール10の下部にかけてONO膜IFを連続的に形成させているため、上部電極TEの下面と下部電極BEとの間には、サイドウォールSWを構成する酸化シリコン膜12が形成されていない。これにより、酸化シリコン膜12よりも絶縁性が高いONO膜IFを上部電極TEの直下の全ての領域に形成することで、図14に示した比較例の半導体装置に比べて、上部電極TEと下部電極BEとの間の耐圧を高めることができる。   As shown in FIG. 1, in the semiconductor device of the present embodiment, the ONO film IF is continuously formed from the lower part of the side wall 10 on one side wall of the upper electrode TE to the lower part of the side wall 10 on the other side wall. Therefore, the silicon oxide film 12 constituting the sidewall SW is not formed between the lower surface of the upper electrode TE and the lower electrode BE. Thus, the ONO film IF having higher insulation than the silicon oxide film 12 is formed in all the regions immediately below the upper electrode TE, so that the upper electrode TE and the semiconductor device of the comparative example shown in FIG. The breakdown voltage between the lower electrode BE can be increased.

このとき、上述したように上部電極TEの側壁のサイドウォール10には、薄い側壁酸化膜9を介して上部電極TE内からn型の不純物(例えばP(リン))が拡散していることが考えられる。しかし、サイドウォール10の端部であって側壁酸化膜9と接する端部の反対側の端部はほとんど不純物が導入されていない真性半導体であるため、サイドウォール10の端部の直下にONO膜IFが形成されておらず、代わりに酸化シリコン膜12が形成されていたとしても、酸化シリコン膜12およびサイドウォール10を介して上部電極TEと下部電極BEとの間にリーク電流が流れることを防ぐことができる。これは、例えばサイドウォール10が上部電極TEと同じような不純物濃度を有する半導体膜であった場合にくらべ、不純物濃度が低い真性半導体であるサイドウォール10には強い電界が発生しないためである。   At this time, as described above, n-type impurities (for example, P (phosphorus)) are diffused from the upper electrode TE into the sidewall 10 on the sidewall of the upper electrode TE through the thin sidewall oxide film 9. Conceivable. However, since the end portion of the side wall 10 opposite to the end portion in contact with the side wall oxide film 9 is an intrinsic semiconductor to which almost no impurities are introduced, the ONO film is formed immediately below the end portion of the side wall 10. Even if the IF is not formed and the silicon oxide film 12 is formed instead, a leakage current flows between the upper electrode TE and the lower electrode BE through the silicon oxide film 12 and the sidewall 10. Can be prevented. This is because, for example, when the sidewall 10 is a semiconductor film having the same impurity concentration as that of the upper electrode TE, a strong electric field is not generated in the sidewall 10 which is an intrinsic semiconductor having a low impurity concentration.

このことはMONOSメモリMnにおいても同様であり、MONOSメモリMnのサイドウォール10は弱いゲート電極として機能することが考えられる。しかし、サイドウォール10の端部であって側壁酸化膜9と接する端部の反対側の端部はほとんど不純物が導入されていない真性半導体である。このため、サイドウォール10の端部の直下にONO膜IFが形成されておらず、代わりに酸化シリコン膜12が形成されていたとしても、酸化シリコン膜12およびサイドウォール10を介してゲート電極CGと拡散層16およびエクステンション領域15からなるソース・ドレイン領域との間にリーク電流が流れることを防ぐことができる。   The same applies to the MONOS memory Mn, and it is considered that the sidewall 10 of the MONOS memory Mn functions as a weak gate electrode. However, the end of the side wall 10 and the end opposite to the end in contact with the side wall oxide film 9 is an intrinsic semiconductor into which almost no impurities are introduced. For this reason, even if the ONO film IF is not formed immediately below the end portion of the sidewall 10 and the silicon oxide film 12 is formed instead, the gate electrode CG is interposed via the silicon oxide film 12 and the sidewall 10. Leakage current can be prevented from flowing between the diffusion layer 16 and the source / drain region formed of the diffusion layer 16 and the extension region 15.

なお、後述するように、本実施の形態の半導体装置では、MONOSメモリMnを構成するONO膜IFとPIP容量素子PCを構成するONO膜IFとを同層の膜により形成することで製造工程を簡略化している。ただし、MONOSメモリMnのゲート絶縁膜であるONO膜IFとPIP容量素子PCの上部電極TEと下部電極BEとの間の絶縁膜とを別々に形成する場合は、PIP容量素子PCの上部電極TEと下部電極BEとの間の絶縁膜はONO膜IFに限らず誘電体膜(例えば窒化シリコン膜など)またはその他の絶縁膜により形成しても構わない。   As will be described later, in the semiconductor device according to the present embodiment, the ONO film IF constituting the MONOS memory Mn and the ONO film IF constituting the PIP capacitor element PC are formed of the same layer film, so that the manufacturing process is performed. It is simplified. However, when the ONO film IF which is the gate insulating film of the MONOS memory Mn and the insulating film between the upper electrode TE and the lower electrode BE of the PIP capacitor element PC are formed separately, the upper electrode TE of the PIP capacitor element PC. The insulating film between the lower electrode BE and the lower electrode BE is not limited to the ONO film IF, and may be formed of a dielectric film (for example, a silicon nitride film) or other insulating films.

次に、本実施の形態の半導体装置の製造方法について、図2〜図9を用いて説明する。図2(a)、図2(b)、図3(a)、図3(b)、図4(a)、図4(b)、図5(a)、図5(b)、図6(a)、図6(b)、図7、図8および図9はMONOSメモリ、PIP容量素子およびMISトランジスタを同一基板上に形成する場合の半導体装置の製造方法を示す断面図である。なお、図2〜図9では、左から順にMONOSメモリを形成する領域(MONOSメモリ形成領域1A)、PIP容量素子を形成する領域(PIP容量素子形成領域1B)およびMISトランジスタを形成する領域(MISトランジスタ形成領域1C)を示している。   Next, a method for manufacturing the semiconductor device of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 2 (a), 2 (b), 3 (a), 3 (b), 4 (a), 4 (b), 5 (a), 5 (b), 6 FIGS. 6A, 6B, 7, 8 and 9 are cross-sectional views showing a method for manufacturing a semiconductor device in the case where a MONOS memory, a PIP capacitor, and a MIS transistor are formed on the same substrate. 2 to 9, in order from the left, a region for forming a MONOS memory (MONOS memory forming region 1A), a region for forming a PIP capacitor (PIP capacitor element forming region 1B), and a region for forming a MIS transistor (MIS). A transistor formation region 1C) is shown.

まず、図2(a)に示すように、例えば1〜10Ωcm程度の比抵抗を有するp型の単結晶シリコンなどからなる半導体基板(半導体ウエハ)SBを準備する。続いて、MONOSメモリ形成領域1AとPIP容量素子形成領域1Bとの間およびPIP容量素子形成領域1BとMISトランジスタ形成領域1Cとの間のそれぞれの半導体基板SBの主面に素子分離層(図示しない)を形成する。素子分離層は酸化シリコンなどの絶縁体からなり、例えばSTI(Shallow Trench Isolation)法またはLOCOS(Local Oxidization of Silicon)法などにより形成される。例えば、半導体基板SBに形成された溝(図示しない)に埋め込まれた絶縁膜により、素子分離層を形成することができる。   First, as shown in FIG. 2A, a semiconductor substrate (semiconductor wafer) SB made of, for example, p-type single crystal silicon having a specific resistance of about 1 to 10 Ωcm is prepared. Subsequently, an element isolation layer (not shown) is formed on the main surface of each semiconductor substrate SB between the MONOS memory formation region 1A and the PIP capacitor element formation region 1B and between the PIP capacitor element formation region 1B and the MIS transistor formation region 1C. ). The element isolation layer is made of an insulator such as silicon oxide, and is formed by, for example, an STI (Shallow Trench Isolation) method or a LOCOS (Local Oxidization of Silicon) method. For example, the element isolation layer can be formed by an insulating film embedded in a groove (not shown) formed in the semiconductor substrate SB.

次に、半導体基板SBの主面のMONOSメモリ形成領域1A、PIP容量素子形成領域1BおよびMISトランジスタ形成領域1Cに、p型のウエル2をそれぞれ形成する。このとき、ウエル2は、半導体基板SBの上面に例えばホウ素(B)などのp型の不純物をイオン注入することなどによって形成される。なお、MONOSメモリ形成領域1A、PIP容量素子形成領域1BおよびMISトランジスタ形成領域1Cのウエル2はそれぞれフォトリソグラフィ技術を用いて別工程により不純物を打ち分け、異なる不純物濃度とすることができる。 Next, p type wells 2 are formed in the MONOS memory formation region 1A, the PIP capacitor element formation region 1B, and the MIS transistor formation region 1C on the main surface of the semiconductor substrate SB, respectively. At this time, the well 2 is formed by ion-implanting a p-type impurity such as boron (B) into the upper surface of the semiconductor substrate SB. The MONOS memory formation region 1A, the PIP capacitor element formation region 1B, and the well 2 of the MIS transistor formation region 1C can be made to have different impurity concentrations by allocating impurities in separate steps using photolithography technology.

また、ウエル2を形成するためのイオン注入を行う前に、半導体基板SBの上面にスルー膜として酸化シリコン膜(図示しない)を形成しておくことが望ましい。前記酸化シリコン膜は例えば熱酸化法、ISSG(In-Situ Steam Generation)酸化処理法またはCVD法により形成される絶縁膜であり、ウエル2を形成する際のイオン注入により半導体基板SBがダメージを負うことを防ぐ働きを有する。この場合、前記イオン注入工程の後に前記酸化シリコン膜をウェットエッチングにより除去する。   Further, it is desirable to form a silicon oxide film (not shown) as a through film on the upper surface of the semiconductor substrate SB before ion implantation for forming the well 2 is performed. The silicon oxide film is an insulating film formed by, for example, a thermal oxidation method, an ISSG (In-Situ Steam Generation) oxidation method, or a CVD method, and the semiconductor substrate SB is damaged by ion implantation when the well 2 is formed. It has a function to prevent this. In this case, the silicon oxide film is removed by wet etching after the ion implantation step.

次に、図2(b)に示すように、半導体基板SB上に、例えば熱酸化法により酸化シリコンからなる絶縁膜3aを形成した後、CVD法などにより、絶縁膜3a上にポリシリコン膜4を形成(堆積)する。続いて、フォトリソグラフィ技術により、PIP容量素子形成領域1Bのポリシリコン膜4のみにイオン注入によりn型の不純物(例えばP(リン))を導入する。このとき、MONOSメモリ形成領域1AおよびMISトランジスタ形成領域1Cのポリシリコン膜4はフォトレジスト膜で覆い、n型の不純物が導入されないようにする。   Next, as shown in FIG. 2B, an insulating film 3a made of silicon oxide is formed on the semiconductor substrate SB by, eg, thermal oxidation, and then the polysilicon film 4 is formed on the insulating film 3a by CVD or the like. Is formed (deposited). Subsequently, an n-type impurity (for example, P (phosphorus)) is introduced by ion implantation only into the polysilicon film 4 in the PIP capacitor element formation region 1B by photolithography. At this time, the polysilicon film 4 in the MONOS memory formation region 1A and the MIS transistor formation region 1C is covered with a photoresist film so that n-type impurities are not introduced.

次に、図3(a)に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いたエッチングにより、MONOSメモリ形成領域1Aのポリシリコン膜4および絶縁膜3aならびにPIP容量素子形成領域1Bの一部のポリシリコン膜4および絶縁膜3aを除去する。このとき、MISトランジスタ形成領域1Cのポリシリコン膜4および絶縁膜3aは加工しない。これにより、PIP容量素子形成領域1Bには、ポリシリコン膜4からなる下部電極BEが形成される。   Next, as shown in FIG. 3A, the polysilicon film 4 and the insulating film 3a in the MONOS memory formation region 1A and a part of the polysilicon film in the PIP capacitor element formation region 1B are etched by photolithography. 4 and the insulating film 3a are removed. At this time, the polysilicon film 4 and the insulating film 3a in the MIS transistor formation region 1C are not processed. As a result, the lower electrode BE made of the polysilicon film 4 is formed in the PIP capacitor element formation region 1B.

続いて、MONOSメモリ形成領域1Aの半導体基板SBの主面に、イオン注入によりn型の不純物(例えばP(リン))を比較的低い濃度で注入することで、n型のチャネル領域(図示しない)を形成する。チャネル領域を形成することにより、後の工程でMONOSメモリ形成領域1Aに形成されてるMONOSメモリMnのしきい値電圧を調整することができる。 Subsequently, by implanting an n-type impurity (for example, P (phosphorus)) at a relatively low concentration by ion implantation into the main surface of the semiconductor substrate SB in the MONOS memory formation region 1A, an n -type channel region (shown in the figure). Not). By forming the channel region, it is possible to adjust the threshold voltage of the MONOS memory Mn formed in the MONOS memory formation region 1A in a later process.

次に、図3(b)に示すように、半導体基板SBの主面上の全面に酸化シリコン膜からなるボトム酸化膜5、窒化シリコン膜6、酸化シリコン膜からなるトップ酸化膜7およびポリシリコン膜8を順次形成する。ボトム酸化膜5およびトップ酸化膜7は例えば熱酸化法により形成し、窒化シリコン膜6およびポリシリコン膜8は例えばCVD法により形成する。続いて、ポリシリコン膜8にn型の不純物(例えばP(リン))をイオン注入により導入する。   Next, as shown in FIG. 3B, a bottom oxide film 5 made of a silicon oxide film, a silicon nitride film 6, a top oxide film 7 made of a silicon oxide film, and polysilicon over the entire main surface of the semiconductor substrate SB. The film 8 is formed sequentially. The bottom oxide film 5 and the top oxide film 7 are formed by, for example, a thermal oxidation method, and the silicon nitride film 6 and the polysilicon film 8 are formed by, for example, a CVD method. Subsequently, an n-type impurity (for example, P (phosphorus)) is introduced into the polysilicon film 8 by ion implantation.

これにより、下部電極BEの上面および側壁はボトム酸化膜5、窒化シリコン膜6およびトップ酸化膜7からなるONO膜IFにより覆われ、ONO膜IF上にはポリシリコン膜8が形成される。なお、ボトム酸化膜5およびトップ酸化膜7は、熱酸化法に限らずCVD法などにより形成しても構わない。また、ポリシリコン膜8にn型の不純物(例えばP(リン))をイオン注入する際は、フォトリソグラフィ技術を用いてMONOSメモリ形成領域1AとPIP容量素子形成領域1Bとに別工程でイオン注入を行い、ポリシリコン膜8の不純物濃度をMONOSメモリ形成領域1AとPIP容量素子形成領域1Bとで異なる濃度としてもよい。   Thereby, the upper surface and the side wall of the lower electrode BE are covered with the ONO film IF including the bottom oxide film 5, the silicon nitride film 6, and the top oxide film 7, and the polysilicon film 8 is formed on the ONO film IF. The bottom oxide film 5 and the top oxide film 7 are not limited to the thermal oxidation method, and may be formed by a CVD method or the like. In addition, when an n-type impurity (for example, P (phosphorus)) is ion-implanted into the polysilicon film 8, ion implantation is performed in a separate process into the MONOS memory formation region 1A and the PIP capacitor element formation region 1B using photolithography technology. The impurity concentration of the polysilicon film 8 may be different between the MONOS memory formation region 1A and the PIP capacitor element formation region 1B.

次に、図4(a)に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いた異方性エッチングにより、MISトランジスタ形成領域1Cのポリシリコン膜8を除去し、同一工程でMONOSメモリ形成領域1AおよびPIP容量素子形成領域1Bのポリシリコン膜8をそれぞれ一部除去する。このエッチング工程ではPIP容量素子形成領域1Bの下部電極BEの直上のポリシリコン膜8のみを残す。これにより、MONOSメモリ形成領域1Aにはポリシリコン膜8からなるゲート電極CGが半導体基板SBの主面上にONO膜IFを介して形成され、PIP容量素子形成領域1Bにはポリシリコン膜8からなる上部電極TEが形成される。   Next, as shown in FIG. 4A, the polysilicon film 8 in the MIS transistor formation region 1C is removed by anisotropic etching using a photolithography technique, and the MONOS memory formation region 1A and the PIP capacitor are formed in the same process. Part of the polysilicon film 8 in the element formation region 1B is removed. In this etching process, only the polysilicon film 8 immediately above the lower electrode BE in the PIP capacitor element formation region 1B is left. As a result, the gate electrode CG made of the polysilicon film 8 is formed on the main surface of the semiconductor substrate SB via the ONO film IF in the MONOS memory formation region 1A, and the polysilicon film 8 is formed in the PIP capacitor element formation region 1B. An upper electrode TE is formed.

このとき、下部電極BEの下部のONO膜IFは除去しないが、実際にはポリシリコン膜8を除去する異方性エッチングにより、トップ酸化膜7の上面が1〜2nm程度除去されることが考えられる。   At this time, although the ONO film IF under the lower electrode BE is not removed, it is considered that the upper surface of the top oxide film 7 is actually removed by about 1 to 2 nm by anisotropic etching for removing the polysilicon film 8. It is done.

また、半導体基板SBの主面に沿う方向の上部電極TEの幅は、同方向の下部電極BEの幅よりも狭くなるように加工され、同方向の上部電極TEの端部は、同方向の下部電極BEの端部よりも外側に形成されず、上部電極TEは平面的にPIP容量素子形成領域1Bのポリシリコン膜4の側壁の内側にのみ形成される。   Further, the width of the upper electrode TE in the direction along the main surface of the semiconductor substrate SB is processed to be narrower than the width of the lower electrode BE in the same direction, and the end portion of the upper electrode TE in the same direction has the same direction. The upper electrode TE is not formed outside the end portion of the lower electrode BE, and the upper electrode TE is formed only inside the side wall of the polysilicon film 4 in the PIP capacitor element formation region 1B in a plan view.

その後、MONOSメモリ形成領域1Aの半導体基板SBの主面にn型の不純物(例えばP(リン))をイオン注入することにより、MONOSメモリ形成領域1Aの半導体基板SBの主面にn−−型の半導体領域(図示しない)を形成する。前記n−−型の半導体領域は、ゲート電極CGの両側の領域の半導体基板SBの上面に形成される。ここで、MONOSメモリ形成領域にイオン注入を行う際は、PIP容量素子形成領域1BおよびMISトランジスタ形成領域1Cはフォトマスクを用いて露光して形成したフォトレジスト膜で覆い、PIP容量素子形成領域1BおよびMISトランジスタ形成領域1Cに不純物が導入されることを防ぐ。なお、前記n−−型の半導体領域は、後の工程で図1に示すゲート電極CGの側壁に形成され、MONOSメモリMnのゲート電極として働くサイドウォール10の下部の半導体基板SBの上面の抵抗値を低減することを目的として形成される半導体領域である。 Thereafter, n-type impurities (for example, P (phosphorus)) are ion-implanted into the main surface of the semiconductor substrate SB in the MONOS memory formation region 1A, thereby forming an n −− type in the main surface of the semiconductor substrate SB in the MONOS memory formation region 1A. The semiconductor region (not shown) is formed. The n −− type semiconductor region is formed on the upper surface of the semiconductor substrate SB in regions on both sides of the gate electrode CG. Here, when ion implantation is performed in the MONOS memory formation region, the PIP capacitor element formation region 1B and the MIS transistor formation region 1C are covered with a photoresist film formed by exposure using a photomask, and the PIP capacitor element formation region 1B. Further, impurities are prevented from being introduced into the MIS transistor formation region 1C. The n −− type semiconductor region is formed on the side wall of the gate electrode CG shown in FIG. 1 in a later step, and the resistance of the upper surface of the semiconductor substrate SB below the side wall 10 serving as the gate electrode of the MONOS memory Mn. It is a semiconductor region formed for the purpose of reducing the value.

次に、図4(b)に示すように、半導体基板SBを熱処理し、露出しているONO膜IF、ゲート電極CGおよび上部電極TEのそれぞれの表面に膜厚が1〜2nm程度の酸化膜を、例えば熱酸化法により形成する。これにより、ポリシリコン膜8(図4(a)参照)を加工する前記エッチング工程により、露出した上部を除去されたトップ酸化膜7は、ポリシリコン膜8が加工される前のトップ酸化膜7の膜厚とほぼ同様の膜厚となるため、例えばゲート電極CGの直下の露出していないトップ酸化膜7と、ゲート電極CGの両側の露出しているトップ酸化膜7とのそれぞれの膜厚はほぼ同一となる。   Next, as shown in FIG. 4B, the semiconductor substrate SB is heat-treated, and an oxide film having a thickness of about 1 to 2 nm is formed on each surface of the exposed ONO film IF, gate electrode CG, and upper electrode TE. Is formed by, for example, a thermal oxidation method. Thus, the top oxide film 7 from which the exposed upper portion has been removed by the etching process for processing the polysilicon film 8 (see FIG. 4A) is the top oxide film 7 before the polysilicon film 8 is processed. Therefore, for example, the film thicknesses of the unexposed top oxide film 7 immediately below the gate electrode CG and the exposed top oxide film 7 on both sides of the gate electrode CG, respectively. Are almost identical.

またこの酸化工程により、ゲート電極CGおよび上部電極TEのそれぞれの側壁および上面には、膜厚が1〜2nm程度の酸化シリコン膜が形成される。   In addition, a silicon oxide film having a thickness of about 1 to 2 nm is formed on the side walls and the upper surface of the gate electrode CG and the upper electrode TE by this oxidation process.

続いて、半導体基板SBの主面上の全面に、不純物が殆ど導入されていないシリコン膜などからなる真性半導体膜を例えばCVD法により形成した後、前記真性半導体膜を異方性エッチングで加工(エッチバック)し、ゲート電極CGおよび上部電極TEのそれぞれの上面を露出させる。これにより、ゲート電極CGおよび上部電極TEのそれぞれの上部の前記酸化シリコン膜は除去されるため、ゲート電極CGおよび上部電極TEのそれぞれの側壁には前記酸化シリコン膜からなる側壁酸化膜9が残る。   Subsequently, an intrinsic semiconductor film made of a silicon film or the like in which impurities are hardly introduced is formed on the entire main surface of the semiconductor substrate SB by, for example, a CVD method, and then the intrinsic semiconductor film is processed by anisotropic etching ( Etch back) to expose the upper surfaces of the gate electrode CG and the upper electrode TE. As a result, the silicon oxide film on each of the gate electrode CG and the upper electrode TE is removed, so that the sidewall oxide film 9 made of the silicon oxide film remains on the side walls of the gate electrode CG and the upper electrode TE. .

また、ゲート電極CGおよび上部電極TEのそれぞれの側壁には側壁酸化膜9を介して、前記真性半導体膜からなるサイドウォール10が形成され、下部電極BEの側壁にはONO膜IFを介してサイドウォール10が形成される。それぞれのサイドウォール10はONO膜IF上に形成されている。なお、ここではトップ酸化膜7の上面に沿って形成された前記酸化シリコン膜はトップ酸化膜7と一体となりトップ酸化膜7を構成しているものとして説明する。   In addition, sidewalls 10 made of the intrinsic semiconductor film are formed on the sidewalls of the gate electrode CG and the upper electrode TE via the sidewall oxide film 9, and the sidewalls of the lower electrode BE are formed on the sidewalls via the ONO film IF. A wall 10 is formed. Each sidewall 10 is formed on the ONO film IF. Here, the silicon oxide film formed along the top surface of the top oxide film 7 will be described as being integrated with the top oxide film 7 to form the top oxide film 7.

サイドウォール10とゲート電極CGとの間およびサイドウォール10と上部電極TEとの間にはそれぞれ側壁酸化膜9が形成されているが、側壁酸化膜9の膜厚は1〜2nm程度であり非常に薄いため、サイドウォール10にはゲート電極CGまたは上部電極TEのそれぞれからn型の不純物(たとえばP(リン))が拡散する。ただし、サイドウォール10の内部においてn型の不純物(たとえばP(リン))が特に多く拡散するのはサイドウォール10と側壁酸化膜9との界面近傍のサイドウォール10の端部のみであり、その反対側の端部にはn型の不純物は殆ど拡散しない。したがって、サイドウォール10の端部であって側壁酸化膜9と接する端部の反対側の端部は、この後の工程により半導体装置が完成した後も真性半導体の状態を保つ。   A sidewall oxide film 9 is formed between the sidewall 10 and the gate electrode CG and between the sidewall 10 and the upper electrode TE. The sidewall oxide film 9 has a thickness of about 1 to 2 nm, which is very Therefore, an n-type impurity (for example, P (phosphorus)) is diffused from the gate electrode CG or the upper electrode TE into the sidewall 10. However, the n-type impurity (for example, P (phosphorus)) is diffused particularly in the sidewall 10 only at the end portion of the sidewall 10 in the vicinity of the interface between the sidewall 10 and the sidewall oxide film 9. N-type impurities hardly diffuse at the opposite end. Therefore, the end portion of the sidewall 10 opposite to the end portion in contact with the sidewall oxide film 9 maintains the intrinsic semiconductor state even after the semiconductor device is completed by the subsequent process.

次に、図5(a)に示すように、熱リン酸(HPO)などを用いたウェットエッチングを用いて、露出しているONO膜IFを除去する。これにより、MONOSメモリ形成領域1Aには、ゲート電極CG、側壁酸化膜9およびサイドウォール10のそれぞれの下部にのみONO膜IFが残り、MISトランジスタ形成領域1CのONO膜IFが除去される。また、PIP容量素子形成領域1Bには、下部電極BEの側壁にL字型のONO膜IFが下部電極BEの両側の半導体基板SBの主面上から連続して残り、上部電極TEとその側壁の側壁酸化膜9およびサイドウォール10とのそれぞれの直下のONO膜IFが残る。これにより、下部電極BE、ONO膜IFおよび上部電極TEを有するPIP容量素子PCが形成される。 Next, as shown in FIG. 5A, the exposed ONO film IF is removed by wet etching using hot phosphoric acid (H 2 PO 4 ) or the like. As a result, in the MONOS memory formation region 1A, the ONO film IF remains only below the gate electrode CG, the sidewall oxide film 9, and the sidewall 10, and the ONO film IF in the MIS transistor formation region 1C is removed. Further, in the PIP capacitor element formation region 1B, the L-shaped ONO film IF is continuously left on the side wall of the lower electrode BE from the main surface of the semiconductor substrate SB on both sides of the lower electrode BE, and the upper electrode TE and its side walls are left. The ONO film IF immediately below the side wall oxide film 9 and the side wall 10 remains. Thereby, the PIP capacitor element PC having the lower electrode BE, the ONO film IF, and the upper electrode TE is formed.

このとき、ONO膜IFは上部電極TEならびに上部電極TEのそれぞれの側壁に形成された側壁酸化膜9およびサイドウォール10の直下に連続して形成されており、上部電極TEの直下にはいずれの領域においてもONO膜IFが形成されている。   At this time, the ONO film IF is continuously formed immediately below the upper electrode TE and the side wall oxide films 9 and the side walls 10 formed on the respective side walls of the upper electrode TE. The ONO film IF is also formed in the region.

続いて、MISトランジスタ形成領域1Cのポリシリコン膜8にn型の不純物(例えばP(リン))をイオン注入により導入した後、フォトリソグラフィ技術を用いたエッチングによりポリシリコン膜4および絶縁膜3aを加工し、ポリシリコン膜4からなるゲート電極G1および絶縁膜3aからなるゲート絶縁膜3を形成する。ポリシリコン膜8にn型の不純物を導入する際は、MISトランジスタ形成領域1C以外のMONOSメモリ形成領域1AおよびPIP容量素子形成領域1Bをフォトレジスト膜で覆い、MONOSメモリ形成領域1AおよびPIP容量素子形成領域1Bにn型の不純物が導入されることを防ぐ。   Subsequently, after introducing an n-type impurity (for example, P (phosphorus)) into the polysilicon film 8 in the MIS transistor formation region 1C by ion implantation, the polysilicon film 4 and the insulating film 3a are formed by etching using a photolithography technique. The gate electrode G1 made of the polysilicon film 4 and the gate insulating film 3 made of the insulating film 3a are formed by processing. When n-type impurities are introduced into the polysilicon film 8, the MONOS memory formation region 1A and the PIP capacitor element formation region 1B other than the MIS transistor formation region 1C are covered with a photoresist film, and the MONOS memory formation region 1A and the PIP capacitor element are covered. An n-type impurity is prevented from being introduced into the formation region 1B.

次に、図5(b)に示すように、MONOSメモリ形成領域1Aの半導体基板SBの主面にn型の不純物(例えばP(リン))をイオン注入することにより、MONOSメモリ形成領域1Aの半導体基板SBの主面にn型の半導体領域であるエクステンション領域15を形成する。エクステンション領域15は、ゲート電極CGの両側の領域の半導体基板SBの上面に形成される。ここで、MONOSメモリ形成領域1Aにイオン注入を行う際は、PIP容量素子形成領域1BおよびMISトランジスタ形成領域1Cはフォトマスクを用いて露光して形成したフォトレジスト膜で覆い、エクステンション領域15を形成する領域以外に不純物が導入されることを防ぐ。 Next, as shown in FIG. 5B, n-type impurities (for example, P (phosphorus)) are ion-implanted into the main surface of the semiconductor substrate SB in the MONOS memory formation region 1A, thereby forming the MONOS memory formation region 1A. An extension region 15 that is an n type semiconductor region is formed on the main surface of the semiconductor substrate SB. The extension region 15 is formed on the upper surface of the semiconductor substrate SB in the regions on both sides of the gate electrode CG. Here, when ion implantation is performed on the MONOS memory formation region 1A, the PIP capacitor element formation region 1B and the MIS transistor formation region 1C are covered with a photoresist film formed by exposure using a photomask, and an extension region 15 is formed. Impurities are prevented from being introduced into regions other than the region where they occur.

また、同様にして、MISトランジスタ形成領域1Cの半導体基板SBの主面にn型の半導体領域であるエクステンション領域17を形成する。エクステンション領域17は、ゲート電極G1の両側の領域の半導体基板SBの上面に形成される。つまり、エクステンション領域17は、フォトリソグラフィ技術を用いてMISトランジスタ形成領域のみに形成する。すなわち、MISトランジスタ形成領域1Cにイオン注入を行う際は、MONOSメモリ形成領域1AおよびPIP容量素子形成領域1Bはフォトレジスト膜で覆うことで、エクステンション領域17を形成する領域以外に不純物が導入されることを防ぐ。 Similarly, an extension region 17 which is an n type semiconductor region is formed on the main surface of the semiconductor substrate SB in the MIS transistor formation region 1C. The extension region 17 is formed on the upper surface of the semiconductor substrate SB in the regions on both sides of the gate electrode G1. That is, the extension region 17 is formed only in the MIS transistor formation region using photolithography technology. That is, when ions are implanted into the MIS transistor formation region 1C, the MONOS memory formation region 1A and the PIP capacitor element formation region 1B are covered with a photoresist film, so that impurities are introduced in addition to the region where the extension region 17 is formed. To prevent that.

次に、図6(a)に示すように、半導体基板SBの主面上の全面に、酸化シリコン膜12、窒化シリコン膜13および酸化シリコン膜14をCVD法などにより順次形成する。   Next, as shown in FIG. 6A, a silicon oxide film 12, a silicon nitride film 13, and a silicon oxide film 14 are sequentially formed on the entire main surface of the semiconductor substrate SB by a CVD method or the like.

次に、図6(b)に示すように、異方性エッチングにより、酸化シリコン膜14、窒化シリコン膜13および酸化シリコン膜12のそれぞれの一部を除去し、上部電極TE、下部電極BE、ゲート電極CG、G1および半導体基板SBのそれぞれの上面を露出させる。これにより、上部電極TE、下部電極BE、ゲート電極CGおよびG1のそれぞれの側壁に酸化シリコン膜12、窒化シリコン膜13および酸化シリコン膜14からなるサイドウォールSWを形成する。なお、ゲート電極CGおよび上部電極TEのそれぞれの側壁には側壁酸化膜9およびサイドウォール10を介してサイドウォールSWが形成され、下部電極BEの側壁にはONO膜IFおよびサイドウォール10を介してSWが形成される。   Next, as shown in FIG. 6B, a part of each of the silicon oxide film 14, the silicon nitride film 13, and the silicon oxide film 12 is removed by anisotropic etching, and the upper electrode TE, the lower electrode BE, The upper surfaces of the gate electrodes CG and G1 and the semiconductor substrate SB are exposed. As a result, sidewalls SW made of the silicon oxide film 12, the silicon nitride film 13, and the silicon oxide film 14 are formed on the respective sidewalls of the upper electrode TE, the lower electrode BE, and the gate electrodes CG and G1. Note that a sidewall SW is formed on the sidewalls of the gate electrode CG and the upper electrode TE via the sidewall oxide film 9 and the sidewall 10, and the sidewall of the lower electrode BE is interposed on the ONO film IF and the sidewall 10. SW is formed.

次に、図7に示すように、MONOSメモリ形成領域1Aの半導体基板SBの主面にn型の不純物(例えばP(リン))をエクステンション領域15を形成する工程よりも高濃度でイオン注入することにより、MONOSメモリ形成領域1Aの半導体基板SBの主面にn型の半導体領域である拡散層16を形成する。拡散層16は、ゲート電極CGの両側の領域の半導体基板SBの上面であって、エクステンション領域15よりも外側に形成される。これにより、ゲート電極CG、サイドウォール10、ONO膜IF、エクステンション領域15および拡散層16を有するMONOSメモリMnが形成される。 Next, as shown in FIG. 7, an n-type impurity (for example, P (phosphorus)) is ion-implanted at a higher concentration than the step of forming the extension region 15 in the main surface of the semiconductor substrate SB in the MONOS memory formation region 1A. Thus, the diffusion layer 16 that is an n + type semiconductor region is formed on the main surface of the semiconductor substrate SB in the MONOS memory formation region 1A. The diffusion layer 16 is formed on the upper surface of the semiconductor substrate SB in the regions on both sides of the gate electrode CG and outside the extension region 15. Thereby, the MONOS memory Mn having the gate electrode CG, the sidewall 10, the ONO film IF, the extension region 15, and the diffusion layer 16 is formed.

また、MISトランジスタ形成領域1Cの半導体基板SBの主面にn型の不純物(例えばP(リン))をエクステンション領域17を形成する工程よりも高濃度でイオン注入することにより、MISトランジスタ形成領域1Cの半導体基板SBの主面にn型の半導体領域である拡散層18を形成する。拡散層18は、ゲート電極G1の両側の領域の半導体基板SBの上面であって、エクステンション領域17よりも外側に形成される。これにより、ゲート電極G1、エクステンション領域17および拡散層18を有するMISトランジスタTnが形成される。拡散層16、18はエクステンション領域15、17よりも高い不純物濃度を有しているため、エクステンション領域15、17よりも高い導電率を有している。 In addition, an n-type impurity (for example, P (phosphorus)) is ion-implanted into the main surface of the semiconductor substrate SB in the MIS transistor formation region 1C at a higher concentration than in the step of forming the extension region 17, thereby forming the MIS transistor formation region 1C. A diffusion layer 18 that is an n + type semiconductor region is formed on the main surface of the semiconductor substrate SB. The diffusion layer 18 is formed on the upper surface of the semiconductor substrate SB in the regions on both sides of the gate electrode G 1 and outside the extension region 17. Thereby, the MIS transistor Tn having the gate electrode G1, the extension region 17, and the diffusion layer 18 is formed. Since the diffusion layers 16 and 18 have a higher impurity concentration than the extension regions 15 and 17, the diffusion layers 16 and 18 have a higher conductivity than the extension regions 15 and 17.

なお、MONOSメモリMnの拡散層16およびMISトランジスタTnの拡散層18はそれぞれフォトリソグラフィ技術を用いて別工程により不純物を打ち分け、異なる不純物濃度とすることができる。また、拡散層16、18を形成する際は、フォトレジスト膜でPIP容量素子形成領域1Bを覆い、PIP容量素子PCに不純物が導入されることを防ぐ。特に、PIP容量素子PCのサイドウォール10により高濃度の不純物が導入されることを防ぐことが重要である。   It should be noted that the diffusion layer 16 of the MONOS memory Mn and the diffusion layer 18 of the MIS transistor Tn can be made to have different impurity concentrations by allocating impurities by separate processes using photolithography technology. Further, when the diffusion layers 16 and 18 are formed, the PIP capacitor element formation region 1B is covered with a photoresist film to prevent impurities from being introduced into the PIP capacitor element PC. In particular, it is important to prevent high-concentration impurities from being introduced by the sidewall 10 of the PIP capacitor element PC.

このとき、拡散層16はゲート電極CG、側壁酸化膜9、サイドウォール10およびSWをマスクとして半導体基板SBに打ち込まれるため、真性半導体膜からなるサイドウォール10の上部にもn型の不純物(たとえばP(リン))が導入されるが、当該サイドウォール10の下部(底部)には殆ど不純物は導入されない。   At this time, since the diffusion layer 16 is implanted into the semiconductor substrate SB using the gate electrode CG, the sidewall oxide film 9, the sidewall 10 and SW as a mask, an n-type impurity (for example, also on the sidewall 10 made of an intrinsic semiconductor film) P (phosphorus)) is introduced, but almost no impurities are introduced into the lower part (bottom part) of the sidewall 10.

次に、図8に示すように、周知のサリサイドプロセスにより、ゲート電極CG、G1、拡散層16、18、サイドウォール10、上部電極TEおよび下部電極BEのそれぞれの露出している表面にシリサイド層19を形成する。シリサイド化の手順としては、まず半導体基板SBの主面上にスパッタリングで金属膜を堆積し、続いて半導体基板SBを熱処理した後、未反応の金属膜をウェットエッチングで除去することで、シリサイド層19を形成する。シリサイド層19の部材としては、ニッケルシリサイド、コバルトシリサイド、チタンシリサイド、またはプラチナシリサイドを例示することができる。   Next, as shown in FIG. 8, silicide layers are formed on the exposed surfaces of the gate electrodes CG and G1, the diffusion layers 16 and 18, the sidewall 10, the upper electrode TE, and the lower electrode BE by a known salicide process. 19 is formed. As a silicidation procedure, first, a metal film is deposited on the main surface of the semiconductor substrate SB by sputtering, and then the semiconductor substrate SB is heat treated, and then the unreacted metal film is removed by wet etching, thereby forming a silicide layer. 19 is formed. Examples of the member of the silicide layer 19 include nickel silicide, cobalt silicide, titanium silicide, or platinum silicide.

このとき、ゲート電極CGとサイドウォール10との間の距離は側壁酸化膜9の膜厚である1〜2nm程度の長さであるため、ゲート電極CGおよびその側壁のサイドウォール10のそれぞれの上部のシリサイド層19同士は形成工程において一体となり、サイドウォール10およびゲート電極CGは電気的に接続される。同様に、上部電極TEおよびその側壁のサイドウォール10のそれぞれの上部のシリサイド層19同士は接続して一体となり、サイドウォール10と上部電極TEとは電気的に接続される。   At this time, since the distance between the gate electrode CG and the sidewall 10 is about 1 to 2 nm, which is the thickness of the sidewall oxide film 9, the upper portions of the gate electrode CG and the sidewalls 10 on the sidewall 10 are respectively. The silicide layers 19 are integrated in the formation process, and the sidewall 10 and the gate electrode CG are electrically connected. Similarly, the upper silicide layers 19 of the upper electrode TE and the sidewalls 10 on the side walls of the upper electrode TE and the sidewalls 10 are connected and integrated, and the sidewall 10 and the upper electrode TE are electrically connected.

その後、半導体基板SBの主面上の全面に、例えばCVD法により窒化シリコン膜からなるストッパ絶縁膜20および酸化シリコン膜からなる層間絶縁膜21を順次形成(堆積)する。   Thereafter, a stopper insulating film 20 made of a silicon nitride film and an interlayer insulating film 21 made of a silicon oxide film are sequentially formed (deposited) on the entire main surface of the semiconductor substrate SB by, for example, a CVD method.

次に、図9に示すように、層間絶縁膜21の上面からゲート電極CG、G1、拡散層16、18、上部電極TEおよび下部電極BEのそれぞれの上面に形成されたシリサイド層19に達するコンタクトホール22を形成する。   Next, as shown in FIG. 9, contacts reaching the silicide layers 19 formed on the upper surfaces of the gate electrodes CG and G1, the diffusion layers 16 and 18, the upper electrode TE and the lower electrode BE from the upper surface of the interlayer insulating film 21, respectively. Hole 22 is formed.

続いて、コンタクトホール22内にチタンまたは窒化チタン等の薄いバリア導体膜を形成した後、コンタクトホール22内にタングステン膜を充填することにより、前記タングステン膜からなるコンタクトプラグ23を形成する。なお、図示していない他の領域では、同工程によって、層間絶縁膜21の上面からゲート電極CG、G1および上部電極TEのそれぞれの上部に形成されたシリサイド層19に達するコンタクトホールおよびコンタクトプラグが形成される。   Subsequently, after forming a thin barrier conductor film such as titanium or titanium nitride in the contact hole 22, the contact hole 22 is filled with a tungsten film, thereby forming a contact plug 23 made of the tungsten film. In other regions not shown, contact holes and contact plugs reaching the silicide layers 19 formed on the gate electrodes CG and G1 and the upper electrode TE from the upper surface of the interlayer insulating film 21 by the same process. It is formed.

続いて、周知の技術であるダマシンプロセスによって、層間絶縁膜21およびコンタクトプラグ23上にストッパ絶縁膜24、層間絶縁膜25および金属配線27を形成することで、本実施の形態の半導体装置が完成する。   Subsequently, a stopper insulating film 24, an interlayer insulating film 25, and a metal wiring 27 are formed on the interlayer insulating film 21 and the contact plug 23 by a known damascene process, thereby completing the semiconductor device of the present embodiment. To do.

すなわち、層間絶縁膜21およびコンタクトプラグ23上に、CVD法などによりストッパ絶縁膜24および層間絶縁膜25を順次形成した後、フォトリソグラフィ技術およびドライエッチングを用いて層間絶縁膜25およびストッパ絶縁膜24を加工し、層間絶縁膜21およびコンタクトプラグ23の上面を露出する配線溝26を形成する。   That is, after the stopper insulating film 24 and the interlayer insulating film 25 are sequentially formed on the interlayer insulating film 21 and the contact plug 23 by the CVD method or the like, the interlayer insulating film 25 and the stopper insulating film 24 are used by photolithography and dry etching. Then, a wiring trench 26 exposing the upper surfaces of the interlayer insulating film 21 and the contact plug 23 is formed.

その後、層間絶縁膜25の上面および配線溝26の内壁および底部に、タンタル、窒化タンタル等またはそれらの積層膜からなるバリア導体膜と、銅を主成分とする導体膜とをめっき法などにより形成する。続いて、前記バリア導体膜および前記導体膜をCMP(Chemical Mechanical Polishing)法により研磨して層間絶縁膜25の上面を露出させることにより、配線溝26の内部に、前記バリア導体膜および前記導体膜からなる金属配線27が形成される。   Thereafter, a barrier conductor film made of tantalum, tantalum nitride, or the like or a laminated film thereof, and a conductor film mainly composed of copper are formed on the upper surface of the interlayer insulating film 25 and the inner wall and bottom of the wiring groove 26 by a plating method or the like. To do. Subsequently, the barrier conductor film and the conductor film are polished by a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method to expose the upper surface of the interlayer insulating film 25, so that the barrier conductor film and the conductor film are formed inside the wiring groove 26. A metal wiring 27 made of is formed.

本実施の形態では、上述したように上部電極TEの両側の側壁の一方側壁のサイドウォール10の下部からもう一方の側壁のサイドウォール10の下部にかけてONO膜IFを連続的に形成させているため、上部電極TEの下面と下部電極BEとの間には、サイドウォールSWを構成する酸化シリコン膜12が形成されていない。これにより、酸化シリコン膜12よりも絶縁性が高いONO膜IFを上部電極TEの直下の全ての領域に形成することで、図14に示した比較例の半導体装置に比べて、上部電極TEと下部電極BEとの間の耐圧を高めることができる。   In the present embodiment, as described above, the ONO film IF is continuously formed from the lower part of the sidewall 10 on one side wall of the upper electrode TE to the lower part of the sidewall 10 on the other side wall. The silicon oxide film 12 constituting the sidewall SW is not formed between the lower surface of the upper electrode TE and the lower electrode BE. Thus, the ONO film IF having higher insulation than the silicon oxide film 12 is formed in all the regions immediately below the upper electrode TE, so that the upper electrode TE and the semiconductor device of the comparative example shown in FIG. The breakdown voltage between the lower electrode BE can be increased.

また、MONOSメモリMnおよびPIP容量素子PCを構成するONO膜IFは同一工程で形成された同層の絶縁膜であるため、上部電極TEと下部電極BEとの間の絶縁膜とMONOSメモリMnのONO膜とを別の工程で異なる膜として形成する場合に比べて半導体装置の製造工程を簡略化することができる。   Also, since the ONO film IF constituting the MONOS memory Mn and the PIP capacitor element PC is the same layer insulating film formed in the same process, the insulating film between the upper electrode TE and the lower electrode BE and the MONOS memory Mn The manufacturing process of the semiconductor device can be simplified as compared with the case where the ONO film is formed as a different film in another process.

また、上述したように、本実施の形態の半導体装置では、MONOSメモリMnのサイドウォール10にはゲート電極CGからの拡散により、側壁酸化膜9と接する端部の近傍にn型の不純物(例えばP(リン))が導入され、かつサイドウォール10とゲート電極CGとはそれぞれの上部のシリサイド層19により電気的に接続される。このため、MONOSメモリMnの動作時には、真性半導体膜からなるサイドウォール10は弱いゲート電極として機能する。   Further, as described above, in the semiconductor device of the present embodiment, n-type impurities (for example, near the end portion in contact with the sidewall oxide film 9 are diffused into the sidewall 10 of the MONOS memory Mn due to diffusion from the gate electrode CG. P (phosphorus)) is introduced, and the sidewall 10 and the gate electrode CG are electrically connected to each other by the silicide layer 19 on the upper side. For this reason, during the operation of the MONOS memory Mn, the sidewall 10 made of an intrinsic semiconductor film functions as a weak gate electrode.

この場合、MONOSメモリMnのしきい値電圧または電荷保持などの特性を容易に制御するため、ゲート電極として機能するゲート電極CGおよびサイドウォール10の下部のONO膜の膜厚は一定であることが好ましいが、図4(a)に示すゲート電極CGおよび上部電極TEの形成工程では、エッチングによりONO膜IFを構成するトップ酸化膜7の上面が一部除去され、露出しているトップ酸化膜7の表面は後退する。   In this case, in order to easily control characteristics such as threshold voltage or charge retention of the MONOS memory Mn, the thickness of the gate electrode CG functioning as the gate electrode and the ONO film below the sidewall 10 may be constant. Preferably, in the step of forming the gate electrode CG and the upper electrode TE shown in FIG. 4A, a part of the upper surface of the top oxide film 7 constituting the ONO film IF is removed by etching, and the exposed top oxide film 7 is exposed. The surface of the retreat.

これに対し、本実施の形態では、図4(b)を用いて説明した側壁酸化膜9を形成する酸化工程により、後退したトップ酸化膜7の膜厚を元に戻し、半導体装置の完成時にゲート電極CGとサイドウォール10とでそれぞれの下部のトップ酸化膜7の膜厚を均一に保っている。したがって、ゲート電極CGとサイドウォール10とでそれぞれの下部のトップ酸化膜7の膜厚に違いがあるMONOSメモリを形成する場合に比べて、MONOSメモリMnの特性を容易に制御することが可能となり、半導体装置の信頼性を向上させることができる。   In contrast, in the present embodiment, the thickness of the receded top oxide film 7 is returned to the original by the oxidation process for forming the sidewall oxide film 9 described with reference to FIG. The gate electrode CG and the sidewall 10 keep the thickness of the top oxide film 7 in the lower part uniform. Therefore, it is possible to easily control the characteristics of the MONOS memory Mn as compared with the case where the gate electrode CG and the sidewall 10 are different from each other in the case where a MONOS memory having a different thickness of the top oxide film 7 is formed. The reliability of the semiconductor device can be improved.

また、MONOSメモリを含むMISトランジスタのドレイン−ゲート間またはドレイン−ウエル間の耐圧を向上させる方法として、ドレインを構成する拡散層よりも低い不純物濃度を有するエクステンション領域を、チャネル領域と拡散層の間に設け、さらに当該MISトランジスタよりも低い電圧で動作する低耐圧MISトランジスタにくらべてエクステンション領域の幅を広く形成する方法が考えられる。しかし、この場合、ゲート長が340nmのMISトランジスタでは、ゲート長方向の半導体基板の主面のエクステンション領域の幅は150nmは必要であると考えられるため、エクステンション領域の150nmの幅をより小さくすることが困難であり、半導体装置の微細化の妨げとなる。   As a method for improving the breakdown voltage between the drain and gate or between the drain and well of the MIS transistor including the MONOS memory, an extension region having an impurity concentration lower than that of the diffusion layer constituting the drain is formed between the channel region and the diffusion layer. In addition, a method of forming the extension region wider than the low breakdown voltage MIS transistor that operates at a voltage lower than that of the MIS transistor can be considered. However, in this case, in the MIS transistor having a gate length of 340 nm, the width of the extension region of the main surface of the semiconductor substrate in the gate length direction is considered to be required to be 150 nm. Therefore, the width of the extension region of 150 nm should be further reduced. This is difficult and hinders miniaturization of semiconductor devices.

これに対し、本実施の形態の半導体装置では、上述したようにゲート電極として機能するサイドウォール10の端部であって側壁酸化膜9と接する端部の反対側の端部を、殆ど不純物が導入されていない真性半導体とすることで、サイドウォール10の幅を含むMONOSメモリMnのゲート長が340nmであり、かつエクステンション領域15の幅が150nm未満であっても、ドレイン−ゲート間の耐圧を保つことを可能としている。つまり、ゲート電極CGの側壁に弱いゲート電極であるサイドウォール10を形成することにより、ドレイン耐圧を確保した上でエクステンション領域15の幅を狭めることができる。これは、サイドウォール10の端部が真性半導体であって導電性が低く不純物濃度が低い領域となっており、この近傍では電界が弱まるためである。   In contrast, in the semiconductor device of the present embodiment, as described above, the end of the side wall 10 that functions as the gate electrode and the end opposite to the end in contact with the side wall oxide film 9 is almost free of impurities. By using an intrinsic semiconductor that has not been introduced, even if the gate length of the MONOS memory Mn including the width of the sidewall 10 is 340 nm and the width of the extension region 15 is less than 150 nm, the breakdown voltage between the drain and the gate can be reduced. It is possible to keep. That is, by forming the sidewall 10 which is a weak gate electrode on the sidewall of the gate electrode CG, the width of the extension region 15 can be reduced while ensuring the drain breakdown voltage. This is because the end portion of the sidewall 10 is an intrinsic semiconductor and has a low conductivity and a low impurity concentration, and the electric field weakens in the vicinity.

したがって、エクステンション領域15の幅を狭めてもゲート−ドレイン間の耐圧を保つことができるため、MONOSメモリMnの面積を縮小し、半導体装置を微細化することができる。   Therefore, the gate-drain breakdown voltage can be maintained even if the extension region 15 is narrowed, so that the area of the MONOS memory Mn can be reduced and the semiconductor device can be miniaturized.

また、図14に示す比較例を用いて説明したように、ONO膜IFgの端部が後退し、ひさし形状の上部電極TEと下部電極BEとの間にサイドウォールSWを構成する酸化シリコン膜12が介在している場合、酸化シリコン膜12を介して上部電極TEと下部電極BEとの間にリーク電流が発生しやすくなる問題がある。本実施の形態では、図1に示すように上部電極TEと電気的に接続されたサイドウォール10の端部と下部電極BEとの間のONO膜IFが後退し、サイドウォール10の端部と下部電極BEとの間に酸化シリコン膜12が介在しているが、上述したようにサイドウォール10の端部は真性半導体からなるため、導電性および不純物濃度が低く電界が強まりにくい。したがって、下部電極BEとサイドウォール10との間にリーク電流が発生することを防ぐことが可能となり、サイドウォール10と電気的に接続された上部電極TEと下部電極BEとの間の耐圧を高めることができる。   Further, as described using the comparative example shown in FIG. 14, the end portion of the ONO film IFg recedes, and the silicon oxide film 12 constituting the sidewall SW between the eaves-shaped upper electrode TE and the lower electrode BE. Is present, there is a problem that a leak current is likely to be generated between the upper electrode TE and the lower electrode BE through the silicon oxide film 12. In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the ONO film IF between the end portion of the sidewall 10 electrically connected to the upper electrode TE and the lower electrode BE recedes, and the end portion of the sidewall 10 Although the silicon oxide film 12 is interposed between the lower electrode BE and the end portion of the sidewall 10 is made of an intrinsic semiconductor as described above, the conductivity and impurity concentration are low and the electric field is difficult to increase. Therefore, it is possible to prevent a leak current from being generated between the lower electrode BE and the sidewall 10 and increase the breakdown voltage between the upper electrode TE and the lower electrode BE electrically connected to the sidewall 10. be able to.

この効果は、PIP容量素子PCだけではなくMONOSメモリMnにおいても同様であり、MONOSメモリMnのドレイン領域を構成するエクステンション領域15と、ゲート電極CGの側壁のサイドウォール10の端部との間にはONO膜IFが形成されておらず、酸化シリコン膜12が形成されている領域がある。しかし、サイドウォール10の端部は真性半導体であるため、サイドウォール10とエクステンション領域15との間にリーク電流が発生することを防ぐことができる。   This effect is the same not only in the PIP capacitor element PC but also in the MONOS memory Mn, and between the extension region 15 constituting the drain region of the MONOS memory Mn and the end portion of the sidewall 10 on the side wall of the gate electrode CG. Has a region where the ONO film IF is not formed and the silicon oxide film 12 is formed. However, since the end portion of the sidewall 10 is an intrinsic semiconductor, it is possible to prevent a leak current from being generated between the sidewall 10 and the extension region 15.

半導体基板上にONO膜を介してゲート電極を形成し、ゲート電極の側壁にサイドウォールを形成する前にONO膜をウェットエッチングにより除去した場合には、ONO膜がゲート電極の端部よりも後退してゲート電極とソース・ドレイン領域との間の耐圧が低下する虞がある。これに対し、本実施の形態ではONO膜IFをゲート電極CGの端部よりも外側に延在させ、さらにゲート電極CGと電気的に接続されたサイドウォール10の外側の端部を真性半導体とすることでドレイン−ゲート間の耐圧を高めることを可能としている。   When the gate electrode is formed on the semiconductor substrate via the ONO film and the ONO film is removed by wet etching before forming the sidewall on the side wall of the gate electrode, the ONO film recedes from the end of the gate electrode. As a result, the breakdown voltage between the gate electrode and the source / drain regions may be reduced. On the other hand, in the present embodiment, the ONO film IF extends outward from the end portion of the gate electrode CG, and the end portion outside the sidewall 10 electrically connected to the gate electrode CG is defined as an intrinsic semiconductor. This makes it possible to increase the breakdown voltage between the drain and the gate.

なお、本実施の形態では、例としてnチャネル型のMISトランジスタおよびMONOSメモリを有する半導体装置について説明したが、本発明はpチャネル型のMISトランジスタに適用しても構わない。この場合、図1に示すウエル2はn型のウエルとして形成し、エクステンション領域15、17、拡散層16および18はp型の半導体領域として形成する。また、ゲート電極CG、G1、上部電極TEおよび下部電極BEに導入する不純物は、p型の不純部(例えばB(ホウ素))とすることが望ましい。   Note that although a semiconductor device including an n-channel MIS transistor and a MONOS memory is described as an example in this embodiment, the present invention may be applied to a p-channel MIS transistor. In this case, the well 2 shown in FIG. 1 is formed as an n-type well, and the extension regions 15 and 17 and the diffusion layers 16 and 18 are formed as p-type semiconductor regions. Further, it is desirable that the impurity introduced into the gate electrodes CG, G1, the upper electrode TE, and the lower electrode BE is a p-type impurity (for example, B (boron)).

また、本発明はnチャネル型のMISトランジスタおよびMONOSメモリならびにpチャネル型のMISトランジスタおよびMONOSメモリを有する半導体装置に適用しても構わない。すなわち、本発明は、nチャネル型のMISトランジスタおよびpチャネル型のMISトランジスタを有するCMISトランジスタ(Complementary MISトランジスタ)に適用することができる。   The present invention may be applied to a semiconductor device having an n-channel MIS transistor and a MONOS memory, and a p-channel MIS transistor and a MONOS memory. That is, the present invention can be applied to a CMIS transistor (Complementary MIS transistor) having an n-channel MIS transistor and a p-channel MIS transistor.

(実施の形態2)
次に、MONOSメモリ、PIP容量素子およびMISトランジスタを有する半導体装置であって、前記実施の形態1の半導体装置よりも膜厚が厚い側壁酸化膜を上部電極および各ゲート電極のそれぞれの側壁に形成する半導体装置について説明する。
(Embodiment 2)
Next, a semiconductor device having a MONOS memory, a PIP capacitance element, and a MIS transistor, and a sidewall oxide film thicker than the semiconductor device of the first embodiment is formed on each sidewall of the upper electrode and each gate electrode. A semiconductor device will be described.

図10に、本実施の形態の半導体装置の断面図を示す。図10に示すように、本実施の形態の半導体装置は前記実施の形態1の半導体装置とほぼ同様の構造を有している。すなわち、PIP容量素子PCの上部電極TEならびに上部電極TEの側壁に形成された側壁酸化膜28およびサイドウォール10と下部電極BEとの間には連続したONO膜IFが形成されており、同様に、MONOSメモリMnのゲート電極CGならびにゲート電極CGの側壁に形成された側壁酸化膜28およびサイドウォール10と半導体基板SBとの間には連続したONO膜IFが形成されている。したがって、前記実施の形態1の半導体装置と同様に、図14に示した比較例の半導体装置に比べて、上部電極TEと下部電極BEとの間の耐圧を高めることができる。また、ゲート電極CGとソース・ドレイン領域との耐圧を高めることができる。   FIG. 10 is a cross-sectional view of the semiconductor device of this embodiment. As shown in FIG. 10, the semiconductor device according to the present embodiment has substantially the same structure as the semiconductor device according to the first embodiment. That is, the upper electrode TE of the PIP capacitor element PC, the sidewall oxide film 28 formed on the sidewall of the upper electrode TE, and the continuous ONO film IF are formed between the sidewall 10 and the lower electrode BE. The gate electrode CG of the MONOS memory Mn, the sidewall oxide film 28 formed on the sidewall of the gate electrode CG, and the continuous ONO film IF are formed between the sidewall 10 and the semiconductor substrate SB. Therefore, as with the semiconductor device of the first embodiment, the breakdown voltage between the upper electrode TE and the lower electrode BE can be increased as compared with the semiconductor device of the comparative example shown in FIG. In addition, the breakdown voltage between the gate electrode CG and the source / drain regions can be increased.

ただし、図10に示す半導体装置では、上部電極TEおよびゲート電極CGのそれぞれの側壁に形成されている側壁酸化膜28は、前記実施の形態1において図1に示した側壁酸化膜9に比べて膜厚が厚い。具体的には、側壁酸化膜28の膜厚は例えば10〜20nm程度である。   However, in the semiconductor device shown in FIG. 10, sidewall oxide film 28 formed on each sidewall of upper electrode TE and gate electrode CG is compared with sidewall oxide film 9 shown in FIG. 1 in the first embodiment. Thick film. Specifically, the thickness of the sidewall oxide film 28 is, for example, about 10 to 20 nm.

このため、上部電極TEの側壁に側壁酸化膜28を介して形成されたサイドウォール10には、上部電極TE内の不純物は殆ど拡散せず、サイドウォール10は、側壁酸化膜28に接するサイドウォール10の側壁の近傍も含めて真性半導体膜からなる点で、前記実施の形態1と異なる。同様に、ゲート電極CGの側壁に側壁酸化膜28を介して形成されたサイドウォール10には、ゲート電極CG内の不純物は殆ど拡散しない。ただし、ゲート電極CGの側壁に側壁酸化膜28を介して形成されたサイドウォール10は、拡散層16を形成する際にマスクとして働くため、その上部にはn型の不純物が導入される。なお、図では側壁酸化膜28およびトップ酸化膜7を区別して示しているが、実際には同じ酸化シリコン膜からなり一体となっている膜である。   For this reason, the impurities in the upper electrode TE hardly diffuse into the sidewall 10 formed on the sidewall of the upper electrode TE via the sidewall oxide film 28, and the sidewall 10 is in contact with the sidewall oxide film 28. The second embodiment is different from the first embodiment in that it is made of an intrinsic semiconductor film including the vicinity of 10 side walls. Similarly, the impurities in the gate electrode CG hardly diffuse into the sidewall 10 formed on the sidewall of the gate electrode CG via the sidewall oxide film 28. However, since the sidewall 10 formed on the sidewall of the gate electrode CG via the sidewall oxide film 28 functions as a mask when forming the diffusion layer 16, an n-type impurity is introduced into the upper portion thereof. In the figure, the side wall oxide film 28 and the top oxide film 7 are distinguished from each other, but in actuality, they are films made of the same silicon oxide film and integrated.

ここでは、図10に示すように、ゲート電極CGとその側壁のサイドウォール10との間および上部電極TEとその側壁のサイドウォール10との間は前記実施の形態1の半導体装置に比べて大きく離れているが、ゲート電極CGおよびサイドウォール10のそれぞれの上部のシリサイド層19同士は接続され、上部電極TEおよびサイドウォール10のそれぞれの上部のシリサイド層19同士は接続されているものとする。ただし、上部電極TEの側壁に側壁酸化膜28を介して形成されたサイドウォール10はその内部の殆どが真性半導体により構成されているため、PIP容量素子PCの電極の一部として機能することはない。   Here, as shown in FIG. 10, the gap between the gate electrode CG and the sidewall 10 on the side wall and the gap between the upper electrode TE and the sidewall 10 on the side wall are larger than those in the semiconductor device of the first embodiment. It is assumed that the silicide layers 19 on the gate electrodes CG and the sidewalls 10 are connected to each other, and the silicide layers 19 on the upper electrodes TE and the sidewalls 10 are connected to each other. However, the side wall 10 formed on the side wall of the upper electrode TE via the side wall oxide film 28 is mostly composed of an intrinsic semiconductor, and therefore functions as a part of the electrode of the PIP capacitor element PC. Absent.

またゲート電極CGの側壁に側壁酸化膜28を介して形成されたサイドウォール10は、拡散層16を形成する際にマスクとして働くため、n型の不純物が導入されているが、MONOSメモリMnの電極の一部として機能することはない。これは、側壁酸化膜28を厚く形成しているため、ゲート電極CGに覆われていない領域のONO膜IFを構成するトップ酸化膜7の膜厚は、ゲート電極CGのそれぞれの直下のトップ酸化膜7の膜厚に比べて厚くなっているためである。   Further, the sidewall 10 formed on the sidewall of the gate electrode CG via the sidewall oxide film 28 functions as a mask when forming the diffusion layer 16, so that n-type impurities are introduced, but the MONOS memory Mn It does not function as part of the electrode. This is because the sidewall oxide film 28 is formed thick, so that the thickness of the top oxide film 7 constituting the ONO film IF in the region not covered by the gate electrode CG is the top oxide immediately below each of the gate electrodes CG. This is because it is thicker than the film 7.

このように、本実施の形態の半導体装置ではサイドウォール10の不純物濃度を前記実施の形態1の半導体装置よりも低く、かつゲート電極CGに覆われていない領域のONO膜IFを厚く形成しているため、ONO膜IFの側壁に形成された酸化シリコン膜12を介した上部電極TEおよび下部電極BE間のリーク電流の発生ならびにゲート電極CGおよびソース・ドレイン領域間のリーク電流の発生を防ぐことができる。したがって、前記実施の形態1の半導体装置に比べて、MONOSメモリMnおよびPIP容量素子PCの耐圧を高めることができる。   As described above, in the semiconductor device according to the present embodiment, the impurity concentration of the sidewall 10 is lower than that of the semiconductor device according to the first embodiment, and the ONO film IF in the region not covered with the gate electrode CG is formed thick. Therefore, the generation of leakage current between the upper electrode TE and the lower electrode BE and the generation of leakage current between the gate electrode CG and the source / drain regions via the silicon oxide film 12 formed on the side wall of the ONO film IF is prevented. Can do. Therefore, the breakdown voltage of the MONOS memory Mn and the PIP capacitor element PC can be increased as compared with the semiconductor device of the first embodiment.

また、前記実施の形態1と同様に、MONOSメモリMnおよびPIP容量素子PCを構成するONO膜IFは同一工程で形成された同層の絶縁膜であるため、上部電極TEと下部電極BEとの間の絶縁膜とMONOSメモリMnのONO膜とを別の工程で異なる膜として形成する場合に比べて半導体装置の製造工程を簡略化することができる。   Similarly to the first embodiment, since the ONO film IF constituting the MONOS memory Mn and the PIP capacitor element PC is the same insulating film formed in the same process, the upper electrode TE and the lower electrode BE The manufacturing process of the semiconductor device can be simplified as compared with the case where the insulating film between them and the ONO film of the MONOS memory Mn are formed as different films in different processes.

次に、本実施の形態の半導体装置の製造方法を、図11(a)および図11(b)を用いて説明する。図11(a)および図11(b)はMONOSメモリ、PIP容量素子およびMISトランジスタを同一基板上に形成する場合の半導体装置の製造方法を示す断面図である。本実施の形態の半導体装置の製造方法は前記実施の形態1とほぼ同様であるが、前記実施の形態1では図5(b)の工程でエクステンション領域15を形成するのに対し、本実施の形態では、図4(a)に対応する工程でエクステンション領域15を形成する。また、図4(b)で形成した側壁酸化膜9とは異なり、図4(b)に対応する工程では側壁酸化膜9よりも厚い膜厚を有する側壁酸化膜28を形成する。   Next, a method for manufacturing the semiconductor device of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 11 (a) and 11 (b). FIG. 11A and FIG. 11B are cross-sectional views showing a method for manufacturing a semiconductor device in the case where a MONOS memory, a PIP capacitor, and a MIS transistor are formed on the same substrate. The manufacturing method of the semiconductor device of the present embodiment is almost the same as that of the first embodiment. However, in the first embodiment, the extension region 15 is formed in the step of FIG. In the embodiment, the extension region 15 is formed in a process corresponding to FIG. Unlike the sidewall oxide film 9 formed in FIG. 4B, a sidewall oxide film 28 having a thickness larger than that of the sidewall oxide film 9 is formed in the step corresponding to FIG.

まず、最初の製造工程は前記実施の形態1の図4(a)までは同様に行うため、詳しい説明は省略する。すなわち、半導体基板上に形成した下部電極上に、ONO膜およびポリシリコン膜を堆積した後、ポリシリコン膜を加工してゲート電極および上部電極を形成し、続いてMONOSメモリ形成領域にn型の不純物(例えばP(リン))をイオン注入する。   First, since the first manufacturing process is performed in the same manner up to FIG. 4A of the first embodiment, detailed description is omitted. That is, after depositing an ONO film and a polysilicon film on a lower electrode formed on a semiconductor substrate, the polysilicon film is processed to form a gate electrode and an upper electrode, and then an n-type memory is formed in the MONOS memory formation region. Impurities (for example, P (phosphorus)) are ion-implanted.

ただし、上記のゲート電極および上部電極を形成した後のイオン注入では、前記実施の形態1での図4(a)でのイオン注入にくらべて高い濃度でイオン注入を行う。これにより、図11(a)に示すように、n型の半導体領域であるエクステンション領域15をゲート電極CGの両側の半導体基板SBの上面に形成する。図11(a)は、前記実施の形態1の図4(a)に対応する図であり、本実施の形態の半導体装置の製造方法を説明する断面図である。 However, in the ion implantation after forming the gate electrode and the upper electrode, the ion implantation is performed at a higher concentration than the ion implantation in FIG. 4A in the first embodiment. As a result, as shown in FIG. 11A, extension regions 15 that are n type semiconductor regions are formed on the upper surface of the semiconductor substrate SB on both sides of the gate electrode CG. FIG. 11A is a diagram corresponding to FIG. 4A of the first embodiment, and is a cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device of the present embodiment.

次に、図11(b)に示すように、図4(b)の工程と同様にして、上部電極TEおよびゲート電極CGのそれぞれの側壁に、側壁酸化膜28およびサイドウォール10を順次形成する。ここで、側壁酸化膜28は図4(b)に示す側壁酸化膜9に対応するが、熱処理の時間または温度などを調整することにより、側壁酸化膜28の膜厚は側壁酸化膜9よりも厚くなっている。具体的には、図11(b)に示す側壁酸化膜28の膜厚は10〜20nm程度となる。また、これによって露出しているトップ酸化膜7の膜厚も前記実施の形態1に比べて厚くなり、ゲート電極CGおよび上部電極のそれぞれの直下のトップ酸化膜7に比べ、その他の領域のトップ酸化膜7の方が膜厚が厚くなる。   Next, as shown in FIG. 11B, a sidewall oxide film 28 and a sidewall 10 are sequentially formed on the sidewalls of the upper electrode TE and the gate electrode CG in the same manner as in the step of FIG. 4B. . Here, the sidewall oxide film 28 corresponds to the sidewall oxide film 9 shown in FIG. 4B. However, by adjusting the time or temperature of the heat treatment, the thickness of the sidewall oxide film 28 is larger than that of the sidewall oxide film 9. It is thick. Specifically, the thickness of the sidewall oxide film 28 shown in FIG. 11B is about 10 to 20 nm. The exposed top oxide film 7 is also thicker than that of the first embodiment, and the top oxide film 7 in the other region is thicker than the top oxide film 7 directly below the gate electrode CG and the upper electrode. The oxide film 7 is thicker.

なお、側壁酸化膜28は側壁酸化膜9(図4(b)参照)に比べて膜厚が厚いため、ゲート電極CGおよび上部電極TEのそれぞれの側壁のサイドウォール10内には殆ど拡散せず、この後の工程により半導体装置が完成した後も、サイドウォール10は殆ど不純物が導入されていない真性半導体膜の状態を保つ。   Since the side wall oxide film 28 is thicker than the side wall oxide film 9 (see FIG. 4B), the side wall oxide film 28 hardly diffuses into the side wall 10 on the side walls of the gate electrode CG and the upper electrode TE. Even after the semiconductor device is completed through the subsequent steps, the sidewall 10 maintains the state of an intrinsic semiconductor film in which almost no impurities are introduced.

この後の工程は前記実施の形態1とほぼ同様に行うことで、図10に示す本実施の形態の半導体装置が完成する。ただし、本実施の形態では、図4(a)の工程に対応する図11(a)の工程においてエクステンション領域15を既に形成しているため、図5(b)を用いて説明した工程に対応する工程では、MONOSメモリ形成領域1Aにイオン注入を行う必要はなく、エクステンション領域15を形成する工程は必要ない。   Subsequent steps are performed in substantially the same manner as in the first embodiment, whereby the semiconductor device of the present embodiment shown in FIG. 10 is completed. However, in this embodiment, since the extension region 15 has already been formed in the step of FIG. 11A corresponding to the step of FIG. 4A, it corresponds to the step described with reference to FIG. In this step, it is not necessary to perform ion implantation in the MONOS memory formation region 1A, and a step of forming the extension region 15 is not necessary.

すなわち、図11(b)に示す工程の後は、露出しているONO膜IFを除去した後、MISトランジスタ形成領域1Cのみにイオン注入をしてエクステンション領域17(図10参照)を形成し、続いてサイドウォールSWを形成する。その後、拡散層16、18を形成した後、シリサイド層19を形成し、続いて半導体基板SB上にストッパ絶縁膜20および層間絶縁膜21を順次形成する。その後、層間絶縁膜21の上面からシリサイド層19に達するコンタクトホール22を形成した後、コンタクトホール22の内部にコンタクトプラグ23を埋め込み、CMP法により層間絶縁膜21の上面を露出させる。続いて、層間絶縁膜21上およびコンタクトプラグ23上にストッパ絶縁膜24および層間絶縁膜25を順次形成した後、周知のダマシン法により、コンタクトプラグ23上であってストッパ絶縁膜24および層間絶縁膜25に形成された配線溝26内に金属配線27を形成することで、本実施の形態の半導体装置が完成する。   That is, after the step shown in FIG. 11B, after removing the exposed ONO film IF, ions are implanted only into the MIS transistor formation region 1C to form the extension region 17 (see FIG. 10). Subsequently, a sidewall SW is formed. Thereafter, after the diffusion layers 16 and 18 are formed, the silicide layer 19 is formed, and then the stopper insulating film 20 and the interlayer insulating film 21 are sequentially formed on the semiconductor substrate SB. Thereafter, after forming a contact hole 22 reaching the silicide layer 19 from the upper surface of the interlayer insulating film 21, a contact plug 23 is embedded in the contact hole 22, and the upper surface of the interlayer insulating film 21 is exposed by CMP. Subsequently, a stopper insulating film 24 and an interlayer insulating film 25 are sequentially formed on the interlayer insulating film 21 and the contact plug 23, and then the stopper insulating film 24 and the interlayer insulating film on the contact plug 23 by a known damascene method. By forming the metal wiring 27 in the wiring groove 26 formed in 25, the semiconductor device of the present embodiment is completed.

本実施の形態の半導体装置の製造方法では、PIP容量素子PCの上部電極TEならびに上部電極TEの側壁に形成された側壁酸化膜28およびサイドウォール10と下部電極BEとの間に連続したONO膜IFが形成しており、さらに側壁酸化膜28を側壁酸化膜9(図1参照)よりも厚くし、サイドウォール10に不純物が拡散することを防いでいる。   In the manufacturing method of the semiconductor device of the present embodiment, the upper electrode TE of the PIP capacitor element PC, the side wall oxide film 28 formed on the side wall of the upper electrode TE, and the ONO film continuous between the side wall 10 and the lower electrode BE. The IF is formed, and the sidewall oxide film 28 is made thicker than the sidewall oxide film 9 (see FIG. 1) to prevent impurities from diffusing into the sidewall 10.

同様に、MONOSメモリMnのゲート電極CGならびにゲート電極CGの側壁に形成された側壁酸化膜28およびサイドウォール10と半導体基板SBとの間に連続したONO膜IFが形成しており、さらに側壁酸化膜28を側壁酸化膜9(図1参照)よりも厚くし、サイドウォール10に不純物が拡散することを防いでいる。   Similarly, the gate electrode CG of the MONOS memory Mn, the side wall oxide film 28 formed on the side wall of the gate electrode CG, and the continuous ONO film IF are formed between the side wall 10 and the semiconductor substrate SB. The film 28 is made thicker than the side wall oxide film 9 (see FIG. 1) to prevent impurities from diffusing into the side wall 10.

したがって、前記実施の形態1の半導体装置に比べて、上部電極TEと下部電極BEとの間の耐圧を高めることができる。また、ゲート電極CGとソース・ドレイン領域との耐圧を高めることができる。   Therefore, the breakdown voltage between the upper electrode TE and the lower electrode BE can be increased as compared with the semiconductor device of the first embodiment. In addition, the breakdown voltage between the gate electrode CG and the source / drain regions can be increased.

また、前記実施の形態1では、図4(a)に示した工程において、フォトマスクを用いてフォトレジスト膜を形成し、MONOSメモリ形成領域1Aに不純物をイオン注入し、さらに、図5(b)に示した工程でも、フォトマスクを用いてフォトレジスト膜を形成し、MONOSメモリ形成領域1Aに不純物をイオン注入し、エクステンション領域15を形成している。   In the first embodiment, in the step shown in FIG. 4A, a photoresist film is formed using a photomask, and impurities are ion-implanted into the MONOS memory formation region 1A. Further, FIG. Also in the process shown in FIG. 5B, a photoresist film is formed using a photomask, and impurities are ion-implanted into the MONOS memory formation region 1A to form the extension region 15.

これに対し、本実施の形態の半導体装置の製造工程では、図4(a)に対応する図11(a)に示す工程においてMONOSメモリ形成領域にエクステンション領域15を形成しているため、前記実施の形態1に比べて製造工程が簡略化されており、使用するフォトマスクも一枚省略されている。このため、半導体装置の製造コストを低減することができる。   On the other hand, in the manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment, the extension region 15 is formed in the MONOS memory forming region in the step shown in FIG. 11A corresponding to FIG. The manufacturing process is simplified compared to the first embodiment, and one photomask to be used is omitted. For this reason, the manufacturing cost of the semiconductor device can be reduced.

また、前記実施の形態1と同様に、MONOSメモリMnおよびPIP容量素子PCを構成するONO膜IFは同一工程で形成された同層の絶縁膜であるため、上部電極TEと下部電極BEとの間の絶縁膜とMONOSメモリMnのONO膜とを別の工程で異なる膜として形成する場合に比べて半導体装置の製造工程を簡略化することができる。   Similarly to the first embodiment, since the ONO film IF constituting the MONOS memory Mn and the PIP capacitor element PC is the same insulating film formed in the same process, the upper electrode TE and the lower electrode BE The manufacturing process of the semiconductor device can be simplified as compared with the case where the insulating film between them and the ONO film of the MONOS memory Mn are formed as different films in different processes.

(実施の形態3)
次に、MONOSメモリ、PIP容量素子およびMISトランジスタを有する半導体装置であって、ゲート電極および上部電極のそれぞれの側壁に絶縁膜からなるサイドウォール29を形成する半導体装置について説明する。
(Embodiment 3)
Next, a semiconductor device having a MONOS memory, a PIP capacitance element, and a MIS transistor, in which a sidewall 29 made of an insulating film is formed on each side wall of the gate electrode and the upper electrode will be described.

図12に、本実施の形態の半導体装置の断面図を示す。図12に示すように、本実施の形態の半導体装置は前記実施の形態1の半導体装置とほぼ同様の構造を有している。すなわち、PIP容量素子PCの上部電極TEならびに上部電極TEの側壁に形成されたサイドウォール29と下部電極BEとの間には連続したONO膜IFが形成されており、同様に、MONOSメモリMnのゲート電極CGならびにゲート電極CGの側壁に形成されたサイドウォール29と半導体基板SBとの間には連続したONO膜IFが形成されている。したがって、前記実施の形態1の半導体装置と同様に、図14に示した比較例の半導体装置に比べて、上部電極TEと下部電極BEとの間の耐圧を高めることができる。また、ゲート電極CGとソース・ドレイン領域との耐圧を高めることができる。   FIG. 12 shows a cross-sectional view of the semiconductor device of this embodiment. As shown in FIG. 12, the semiconductor device according to the present embodiment has substantially the same structure as the semiconductor device according to the first embodiment. That is, a continuous ONO film IF is formed between the upper electrode TE of the PIP capacitor element PC and the side wall 29 formed on the side wall of the upper electrode TE and the lower electrode BE. Similarly, the MONOS memory Mn A continuous ONO film IF is formed between the gate electrode CG and the sidewall 29 formed on the sidewall of the gate electrode CG and the semiconductor substrate SB. Therefore, as with the semiconductor device of the first embodiment, the breakdown voltage between the upper electrode TE and the lower electrode BE can be increased as compared with the semiconductor device of the comparative example shown in FIG. In addition, the breakdown voltage between the gate electrode CG and the source / drain regions can be increased.

ただし、図12に示す半導体装置では、上部電極TEおよびゲート電極CGのそれぞれの側壁に形成されているサイドウォール29の部材は、前記実施の形態1において図1に示した真性半導体膜からなるサイドウォール10とは異なり、酸化シリコン膜または窒化シリコン膜などからなる絶縁膜である点で、前記実施の形態1と異なる。したがって、サイドウォール29が上部電極TEと共にPIP容量素子PCの上部電極として働くことはなく、ゲート電極CGと共にMONOSメモリMnのゲート電極として働くこともない。   However, in the semiconductor device shown in FIG. 12, the members of the sidewalls 29 formed on the respective sidewalls of the upper electrode TE and the gate electrode CG are the sides made of the intrinsic semiconductor film shown in FIG. Unlike the wall 10, it is an insulating film made of a silicon oxide film, a silicon nitride film, or the like, which is different from the first embodiment. Therefore, the sidewall 29 does not work as the upper electrode of the PIP capacitor element PC together with the upper electrode TE, and does not work as the gate electrode of the MONOS memory Mn together with the gate electrode CG.

また、サイドウォール29上にはシリサイド層19は形成されておらず、ゲート電極CGおよび上部電極TEのそれぞれの側壁に側壁酸化膜が形成されていない点も前記実施の形態1と異なる。また、側壁酸化膜9(図1参照)を形成する熱処理を行わないため、ONO膜IFを構成するトップ酸化膜7の上面は後退したままとなり、上部電極TEおよびゲート電極CGのそれぞれの直下のトップ酸化膜7の膜厚に比べてその他の領域のトップ酸化膜7の膜厚は薄くなったままとなる。   Also, the silicide layer 19 is not formed on the sidewall 29, and the sidewall oxide film is not formed on the sidewalls of the gate electrode CG and the upper electrode TE, which is different from the first embodiment. Further, since the heat treatment for forming the sidewall oxide film 9 (see FIG. 1) is not performed, the upper surface of the top oxide film 7 constituting the ONO film IF remains retreated, and is directly below the upper electrode TE and the gate electrode CG. Compared with the film thickness of the top oxide film 7, the film thickness of the top oxide film 7 in other regions remains thin.

前記実施の形態1と同様に、本実施の形態の半導体装置の製造方法では、PIP容量素子PCの上部電極TEならびに上部電極TEの側壁に形成されたサイドウォール29と下部電極BEとの間に連続したONO膜IFを形成している。   As in the first embodiment, in the method of manufacturing the semiconductor device of the present embodiment, the upper electrode TE of the PIP capacitor element PC and the side wall 29 formed on the side wall of the upper electrode TE and the lower electrode BE are disposed. A continuous ONO film IF is formed.

同様に、MONOSメモリMnのゲート電極CGならびにゲート電極CGの側壁に形成されたサイドウォール29と半導体基板SBとの間に連続したONO膜IFを形成している。   Similarly, a continuous ONO film IF is formed between the gate electrode CG of the MONOS memory Mn and the sidewall 29 formed on the side wall of the gate electrode CG and the semiconductor substrate SB.

したがって、図14を用いて説明した比較例の半導体装置に比べて、上部電極TEと下部電極BEとの間の耐圧を高めることができる。また、ゲート電極CGとソース・ドレイン領域との耐圧を高めることができる。   Therefore, the breakdown voltage between the upper electrode TE and the lower electrode BE can be increased as compared with the semiconductor device of the comparative example described with reference to FIG. In addition, the breakdown voltage between the gate electrode CG and the source / drain regions can be increased.

なお、本実施の形態では、図12に示すサイドウォール29は酸化シリコン膜または窒化シリコン膜などからなる絶縁膜であり、MONOSメモリMnのゲート電極として機能しないため、MONOSメモリMnのONO膜IFの膜厚を均一に保つ必要はない。   In the present embodiment, the sidewall 29 shown in FIG. 12 is an insulating film made of a silicon oxide film, a silicon nitride film, or the like, and does not function as a gate electrode of the MONOS memory Mn. Therefore, the sidewall of the ONO film IF of the MONOS memory Mn It is not necessary to keep the film thickness uniform.

また、前記実施の形態1と同様に、MONOSメモリMnおよびPIP容量素子PCを構成するONO膜IFは同一工程で形成された同層の絶縁膜であるため、上部電極TEと下部電極BEとの間の絶縁膜とMONOSメモリMnのONO膜とを別の工程で異なる膜として形成する場合に比べて半導体装置の製造工程を簡略化することができる。   Similarly to the first embodiment, since the ONO film IF constituting the MONOS memory Mn and the PIP capacitor element PC is the same insulating film formed in the same process, the upper electrode TE and the lower electrode BE The manufacturing process of the semiconductor device can be simplified as compared with the case where the insulating film between them and the ONO film of the MONOS memory Mn are formed as different films in different processes.

次に、本実施の形態の半導体装置の製造方法を、図13を用いて説明する。図13はMONOSメモリ、PIP容量素子およびMISトランジスタを同一基板上に形成する場合の半導体装置の製造方法を示す断面図である。本実施の形態の半導体装置の製造方法は前記実施の形態1とほぼ同様であるが、前記実施の形態1では図4(b)の工程で側壁酸化膜9および真性半導体膜からなるサイドウォール10を形成するのに対し、本実施の形態では、図4(b)に対応する工程で側壁酸化膜を形成せず、絶縁膜からなるサイドウォール29を形成する。   Next, a method for manufacturing the semiconductor device of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 13 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing a semiconductor device when a MONOS memory, a PIP capacitor, and a MIS transistor are formed on the same substrate. The manufacturing method of the semiconductor device of the present embodiment is almost the same as that of the first embodiment, but in the first embodiment, the sidewall 10 made of the sidewall oxide film 9 and the intrinsic semiconductor film in the step of FIG. In the present embodiment, the sidewall oxide film is not formed in the step corresponding to FIG. 4B, but the sidewall 29 made of an insulating film is formed.

まず、最初の製造工程は前記実施の形態2の図11(a)までは同様に行うため、詳しい説明は省略する。すなわち、半導体基板上に形成した下部電極上に、ONO膜およびポリシリコン膜を堆積した後、ポリシリコン膜を加工してゲート電極および上部電極を形成し、続いてMONOSメモリ形成領域にn型の不純物(例えばP(リン))をイオン注入し、エクステンション領域15(図13参照)を形成する。   First, since the first manufacturing process is similarly performed up to FIG. 11A of the second embodiment, detailed description thereof is omitted. That is, after depositing an ONO film and a polysilicon film on a lower electrode formed on a semiconductor substrate, the polysilicon film is processed to form a gate electrode and an upper electrode, and then an n-type memory is formed in the MONOS memory formation region. Impurities (for example, P (phosphorus)) are ion-implanted to form extension regions 15 (see FIG. 13).

次に、図13に示すように、エクステンション領域15が形成された半導体基板SBの主面上の全面に、例えば酸化シリコン膜からなる絶縁膜を例えばCVD法により形成した後、前記絶縁膜をエッチバックすることで、ゲート電極CG、下部電極BEおよび上部電極TEのそれぞれの側壁に前記絶縁膜からなるサイドウォール29を形成する。   Next, as shown in FIG. 13, an insulating film made of, for example, a silicon oxide film is formed on the entire main surface of the semiconductor substrate SB on which the extension region 15 is formed by, for example, a CVD method, and then the insulating film is etched. By performing the back, side walls 29 made of the insulating film are formed on the side walls of the gate electrode CG, the lower electrode BE, and the upper electrode TE.

このとき、図13に示す工程の直前に露出していたトップ酸化膜7は、ゲート電極CGおよび上部電極TEを形成するエッチングにより上面が一部除去されて膜厚が薄くなっており、この後も上部電極TEおよびゲート電極CGのそれぞれの直下のトップ酸化膜7の膜厚に比べてその他の領域のトップ酸化膜7の膜厚は薄くなったままとなる。   At this time, the top oxide film 7 exposed immediately before the step shown in FIG. 13 is thinned by removing a part of the upper surface by etching for forming the gate electrode CG and the upper electrode TE. In addition, the thickness of the top oxide film 7 in the other regions remains thinner than the thickness of the top oxide film 7 immediately below the upper electrode TE and the gate electrode CG.

この後の工程は前記実施の形態2とほぼ同様に行うことで、図10に示す本実施の形態の半導体装置が完成する。ただし、本実施の形態では、図8の工程に対応する工程では、サイドウォール29の上部にはシリサイド層19は形成されない。   Subsequent steps are performed in substantially the same manner as in the second embodiment, whereby the semiconductor device of the present embodiment shown in FIG. 10 is completed. However, in the present embodiment, the silicide layer 19 is not formed on the sidewall 29 in the step corresponding to the step of FIG.

すなわち、図13に示す工程の後は、露出しているONO膜IFを除去した後、MISトランジスタ形成領域1Cのみにイオン注入をしてエクステンション領域17(図12参照)を形成し、続いてサイドウォールSWを形成する。その後、拡散層16、18を形成した後、ゲート電極CG、G1、上部電極TEおよび下部電極BEのそれぞれの上面にシリサイド層19を形成する。続いて、半導体基板SB上にストッパ絶縁膜20および層間絶縁膜21を順次形成した後、層間絶縁膜21の上面からシリサイド層19に達するコンタクトホール22を形成する。その後、コンタクトホール22の内部にコンタクトプラグ23を埋め込み、CMP法により層間絶縁膜21の上面を露出させる。続いて、層間絶縁膜21上およびコンタクトプラグ23上にストッパ絶縁膜24および層間絶縁膜25を順次形成した後、周知のダマシン法により、コンタクトプラグ23上であってストッパ絶縁膜24および層間絶縁膜25に形成された配線溝26内に金属配線27を形成することで、本実施の形態の半導体装置が完成する。   That is, after the step shown in FIG. 13, after the exposed ONO film IF is removed, only the MIS transistor formation region 1C is ion-implanted to form the extension region 17 (see FIG. 12), and then the side A wall SW is formed. Thereafter, after the diffusion layers 16 and 18 are formed, a silicide layer 19 is formed on the upper surfaces of the gate electrodes CG and G1, the upper electrode TE, and the lower electrode BE. Subsequently, after the stopper insulating film 20 and the interlayer insulating film 21 are sequentially formed on the semiconductor substrate SB, the contact hole 22 reaching the silicide layer 19 from the upper surface of the interlayer insulating film 21 is formed. Thereafter, a contact plug 23 is embedded in the contact hole 22 and the upper surface of the interlayer insulating film 21 is exposed by CMP. Subsequently, a stopper insulating film 24 and an interlayer insulating film 25 are sequentially formed on the interlayer insulating film 21 and the contact plug 23, and then the stopper insulating film 24 and the interlayer insulating film on the contact plug 23 by a known damascene method. By forming the metal wiring 27 in the wiring groove 26 formed in 25, the semiconductor device of the present embodiment is completed.

なお、ONO膜IFを構成する部材と同一の部材をサイドウォール29に用いた場合、ONO膜IFの除去工程ではサイドウォール29の表面が多少除去され、サイドウォール29が少し小さくなる可能性がある。このようにサイドウォール29が小さくなることを防ぐ観点から、サイドウォール29の部材は窒化シリコン膜よりは酸化シリコン膜を用いることがより望ましい。   When the same member as that constituting the ONO film IF is used for the side wall 29, the surface of the side wall 29 may be slightly removed in the step of removing the ONO film IF, and the side wall 29 may be slightly reduced. . From the viewpoint of preventing the side wall 29 from becoming small in this way, it is more desirable to use a silicon oxide film as a member of the side wall 29 rather than a silicon nitride film.

本実施の形態の半導体装置の製造方法では、PIP容量素子PCの上部電極TEおよび上部電極TEの側壁に形成されたサイドウォール29と下部電極BEとの間に連続したONO膜IFが形成されている。   In the manufacturing method of the semiconductor device of the present embodiment, the continuous ONO film IF is formed between the upper electrode TE of the PIP capacitor element PC and the sidewall 29 formed on the side wall of the upper electrode TE and the lower electrode BE. Yes.

同様に、MONOSメモリMnのゲート電極CGおよびゲート電極CGの側壁に形成されたサイドウォール29と半導体基板SBとの間に連続したONO膜IFが形成されている。   Similarly, a continuous ONO film IF is formed between the gate electrode CG of the MONOS memory Mn and the sidewall 29 formed on the side wall of the gate electrode CG and the semiconductor substrate SB.

したがって、図14を用いて説明した比較例の半導体装置に比べて、上部電極TEと下部電極BEとの間の耐圧を高めることができる。また、ゲート電極CGとソース・ドレイン領域との耐圧を高めることができる。   Therefore, the breakdown voltage between the upper electrode TE and the lower electrode BE can be increased as compared with the semiconductor device of the comparative example described with reference to FIG. In addition, the breakdown voltage between the gate electrode CG and the source / drain regions can be increased.

また、前記実施の形態1では、図4(a)に示した工程において、フォトマスクを用いてフォトレジスト膜を形成し、MONOSメモリ形成領域1Aに不純物をイオン注入し、さらに、図5(b)に示した工程でも、フォトマスクを用いてフォトレジスト膜を形成し、MONOSメモリ形成領域1Aに不純物をイオン注入し、エクステンション領域15を形成している。   In the first embodiment, in the step shown in FIG. 4A, a photoresist film is formed using a photomask, and impurities are ion-implanted into the MONOS memory formation region 1A. Further, FIG. Also in the process shown in FIG. 5B, a photoresist film is formed using a photomask, and impurities are ion-implanted into the MONOS memory formation region 1A to form the extension region 15.

これに対し、本実施の形態の半導体装置の製造工程では、前記実施の形態2と同様に、図4(a)に対応する工程においてMONOSメモリ形成領域にエクステンション領域15を形成しているため、前記実施の形態1に比べて製造工程が簡略化されており、使用するフォトマスクも一枚省略されている。このため、半導体装置の製造コストを低減することができる。   On the other hand, in the manufacturing process of the semiconductor device according to the present embodiment, the extension region 15 is formed in the MONOS memory forming region in the step corresponding to FIG. The manufacturing process is simplified compared to the first embodiment, and one photomask to be used is omitted. For this reason, the manufacturing cost of the semiconductor device can be reduced.

また、前記実施の形態1と同様に、MONOSメモリMnおよびPIP容量素子PCを構成するONO膜IFは同一工程で形成された同層の絶縁膜であるため、上部電極TEと下部電極BEとの間の絶縁膜とMONOSメモリMnのONO膜とを別の工程で異なる膜として形成する場合に比べて半導体装置の製造工程を簡略化することができる。   Similarly to the first embodiment, since the ONO film IF constituting the MONOS memory Mn and the PIP capacitor element PC is the same insulating film formed in the same process, the upper electrode TE and the lower electrode BE The manufacturing process of the semiconductor device can be simplified as compared with the case where the insulating film between them and the ONO film of the MONOS memory Mn are formed as different films in different processes.

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。   As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.

本発明は、容量素子を有する半導体装置に幅広く利用されるものである。   The present invention is widely used for semiconductor devices having a capacitive element.

1A MONOSメモリ形成領域
1B PIP容量素子形成領域
1C MISトランジスタ形成領域
2 ウエル
3 ゲート絶縁膜
3a 絶縁膜
4 ポリシリコン膜
5 ボトム酸化膜
6 窒化シリコン膜
7 トップ酸化膜
8 ポリシリコン膜
9 側壁酸化膜
9a 酸化シリコン膜
10 サイドウォール
12 酸化シリコン膜
13 窒化シリコン膜
14 酸化シリコン膜
15 エクステンション領域
16 拡散層
17 エクステンション領域
18 拡散層
19 シリサイド層
20 ストッパ絶縁膜
21 層間絶縁膜
22 コンタクトホール
23 コンタクトプラグ
24 ストッパ絶縁膜
25 層間絶縁膜
26 配線溝
27 金属配線
28 側壁酸化膜
29 サイドウォール
BE 下部電極
CG ゲート電極
G1 ゲート電極
IF ONO膜
IFg ONO膜
Mn MONOSメモリ
SB 半導体基板
SW サイドウォール
TE 上部電極
Tn MISトランジスタ
1A MONOS memory formation region 1B PIP capacitor element formation region 1C MIS transistor formation region 2 well 3 gate insulating film 3a insulating film 4 polysilicon film 5 bottom oxide film 6 silicon nitride film 7 top oxide film 8 polysilicon film 9 sidewall oxide film 9a Silicon oxide film 10 Side wall 12 Silicon oxide film 13 Silicon nitride film 14 Silicon oxide film 15 Extension region 16 Diffusion layer 17 Extension region 18 Diffusion layer 19 Silicide layer 20 Stopper insulation film 21 Interlayer insulation film 22 Contact hole 23 Contact plug 24 Stopper insulation Film 25 Interlayer insulating film 26 Wiring groove 27 Metal wiring 28 Side wall oxide film 29 Side wall BE Lower electrode CG Gate electrode G1 Gate electrode IF ONO film IFg ONO film Mn MONOS memory SB Semiconductor substrate SW Side wall TE Upper electrode Tn MIS transistor

Claims (17)

半導体基板上の第1領域に形成された下部電極と、
前記下部電極上に形成された第1絶縁膜と、
前記第1絶縁膜の直上に形成された上部電極と、
前記第1絶縁膜の直上であって前記上部電極の側壁に第2絶縁膜を介して形成された真性半導体膜と、
を有する容量素子を含むことを特徴とする半導体装置。
A lower electrode formed in a first region on a semiconductor substrate;
A first insulating film formed on the lower electrode;
An upper electrode formed directly on the first insulating film;
An intrinsic semiconductor film formed immediately above the first insulating film and on the side wall of the upper electrode via a second insulating film;
A semiconductor device comprising a capacitor element having
前記半導体基板上の第2領域に不揮発性メモリを有する半導体装置であって、
前記不揮発性メモリは、
前記第2領域に形成された底部電位障壁膜と、前記底部電位障壁膜上に形成された電荷蓄積膜と、前記電荷蓄積膜上に形成された上部電位障壁膜とを含む積層膜である第3絶縁膜と、
前記第3絶縁膜の直上に形成されたゲート電極と、
前記第3絶縁膜の直上であって前記ゲート電極の側壁に前記第2絶縁膜を介して形成された前記真性半導体膜と、
前記真性半導体膜の側壁であって前記第2絶縁膜と接する側壁の反対側の側壁に形成された絶縁体からなるサイドウォールと、
前記ゲート電極の両側の前記半導体基板の上面に形成されたソース・ドレイン領域と、
を有し、
前記真性半導体膜は前記不揮発性メモリのゲートとして機能せず、
前記第1絶縁膜は前記第3絶縁膜と同層の膜であり、前記底部電位障壁膜、前記電荷蓄積膜および前記上部電位障壁膜が順に積層された積層膜であることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
A semiconductor device having a nonvolatile memory in a second region on the semiconductor substrate,
The nonvolatile memory is
A laminated film including a bottom potential barrier film formed in the second region, a charge storage film formed on the bottom potential barrier film, and an upper potential barrier film formed on the charge storage film; 3 insulating films;
A gate electrode formed directly on the third insulating film;
The intrinsic semiconductor film formed immediately above the third insulating film and on the side wall of the gate electrode via the second insulating film;
A side wall made of an insulator formed on a side wall of the intrinsic semiconductor film opposite to the side wall in contact with the second insulating film;
Source / drain regions formed on the upper surface of the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode;
Have
The intrinsic semiconductor film does not function as a gate of the nonvolatile memory,
The first insulating film is a film in the same layer as the third insulating film, and is a stacked film in which the bottom potential barrier film, the charge storage film, and the upper potential barrier film are sequentially stacked. Item 14. A semiconductor device according to Item 1.
前記半導体基板上の第2領域に不揮発性メモリを有する半導体装置であって、
前記不揮発性メモリは、
前記第2領域に形成された底部電位障壁膜と、前記底部電位障壁膜上に形成された電荷蓄積膜と、前記電荷蓄積膜上に形成された上部電位障壁膜とを含む積層膜である第3絶縁膜と、
前記第3絶縁膜の直上に形成されたゲート電極と、
前記第3絶縁膜の直上であって前記ゲート電極の側壁に前記第2絶縁膜を介して形成された前記真性半導体膜と、
前記真性半導体膜の側壁であって前記第2絶縁膜と接する側壁の反対側の側壁に形成された絶縁体からなるサイドウォールと、
前記ゲート電極および前記真性半導体膜とを含む構造体の両側の前記半導体基板の上面に形成されたソース・ドレイン領域と、
を有し、
前記ゲート電極および前記真性半導体膜は前記ゲート電極上および前記真性半導体膜上に形成されたシリサイド層を介して電気的に接続され、
前記真性半導体膜は前記不揮発性メモリのゲートとして機能し、
前記第1絶縁膜は前記第3絶縁膜と同層の膜であり、前記底部電位障壁膜、前記電荷蓄積膜および前記上部電位障壁膜が順に積層された積層膜であることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
A semiconductor device having a nonvolatile memory in a second region on the semiconductor substrate,
The nonvolatile memory is
A laminated film including a bottom potential barrier film formed in the second region, a charge storage film formed on the bottom potential barrier film, and an upper potential barrier film formed on the charge storage film; 3 insulating films;
A gate electrode formed directly on the third insulating film;
The intrinsic semiconductor film formed immediately above the third insulating film and on the side wall of the gate electrode via the second insulating film;
A side wall made of an insulator formed on a side wall of the intrinsic semiconductor film opposite to the side wall in contact with the second insulating film;
Source / drain regions formed on the upper surface of the semiconductor substrate on both sides of a structure including the gate electrode and the intrinsic semiconductor film;
Have
The gate electrode and the intrinsic semiconductor film are electrically connected via a silicide layer formed on the gate electrode and the intrinsic semiconductor film,
The intrinsic semiconductor film functions as a gate of the nonvolatile memory,
The first insulating film is a film in the same layer as the third insulating film, and is a stacked film in which the bottom potential barrier film, the charge storage film, and the upper potential barrier film are sequentially stacked. Item 14. A semiconductor device according to Item 1.
前記上部電極、前記下部電極および前記真性半導体膜はそれぞれポリシリコン膜からなることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the upper electrode, the lower electrode, and the intrinsic semiconductor film are each made of a polysilicon film. 半導体基板上の第1領域に形成された容量素子および第2領域に形成された不揮発性メモリを有する半導体装置であって、
前記容量素子は、
前記第1領域に形成された下部電極と、
前記下部電極上に形成された第1絶縁膜と、
前記第1絶縁膜の直上に形成された上部電極と、
前記第1絶縁膜の直上であって前記上部電極の側壁に第2絶縁膜を介して形成された第4絶縁膜と、
前記第4絶縁膜の側壁であって前記第2絶縁膜と接する側壁の反対側の側壁に形成された絶縁膜からなる第1サイドウォールと、
を有し、
前記不揮発性メモリは、
前記第2領域に形成された底部電位障壁膜と、前記底部電位障壁膜上に形成された電荷蓄積膜と、前記電荷蓄積膜上に形成された上部電位障壁膜とを含む積層膜である第3絶縁膜と、
前記第3絶縁膜の直上に形成されたゲート電極と、
前記第3絶縁膜の直上であって前記ゲート電極の側壁に前記第2絶縁膜を介して形成された前記第4絶縁膜と、
前記第4絶縁膜の側壁であって前記第2絶縁膜と接する側壁の反対側の側壁に形成された絶縁膜からなる第2サイドウォールと、
前記ゲート電極の両側の前記半導体基板の上面に形成されたソース・ドレイン領域と、
を有し、
前記第1サイドウォールおよび第2サイドウォールは同層の膜からなり、前記半導体基板の主面に沿う方向において同じ幅を有していることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device having a capacitive element formed in a first region on a semiconductor substrate and a nonvolatile memory formed in a second region,
The capacitive element is
A lower electrode formed in the first region;
A first insulating film formed on the lower electrode;
An upper electrode formed directly on the first insulating film;
A fourth insulating film formed immediately above the first insulating film and on the side wall of the upper electrode via a second insulating film;
A first sidewall made of an insulating film formed on a side wall of the fourth insulating film opposite to the side wall in contact with the second insulating film;
Have
The nonvolatile memory is
A laminated film including a bottom potential barrier film formed in the second region, a charge storage film formed on the bottom potential barrier film, and an upper potential barrier film formed on the charge storage film; 3 insulating films;
A gate electrode formed directly on the third insulating film;
The fourth insulating film formed immediately above the third insulating film and on the side wall of the gate electrode via the second insulating film;
A second sidewall made of an insulating film formed on the side wall of the fourth insulating film opposite to the side wall in contact with the second insulating film;
Source / drain regions formed on the upper surface of the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode;
Have
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first sidewall and the second sidewall are made of the same layer film and have the same width in a direction along the main surface of the semiconductor substrate.
半導体基板上の第1領域に形成された容量素子および第2領域に形成された電界効果トランジスタを有する半導体装置であって、
前記容量素子は、
前記第1領域に形成された下部電極と、
前記下部電極上に形成された底部電位障壁膜と、前記底部電位障壁膜上に形成された電荷蓄積膜と、前記電荷蓄積膜上に形成された上部電位障壁膜とを含む積層膜である第1絶縁膜と、
前記第1絶縁膜の直上に形成された上部電極と、
前記第1絶縁膜の直上であって前記上部電極の側壁に第2絶縁膜を介して形成された第1サイドウォールと、
前記第1サイドウォールの側壁であって前記第2絶縁膜と接する側壁の反対側の側壁に形成された絶縁膜からなる第2サイドウォールと、
を有し、
前記電界効果トランジスタは、
前記第2領域に形成された第5絶縁膜と、
前記第5絶縁膜上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極の側壁に形成された第3サイドウォールと、
前記ゲート電極の両側の前記半導体基板の上面に形成されたソース・ドレイン領域と、
を有し、
前記第2サイドウォールおよび前記第3サイドウォールは同層の膜からなり、前記半導体基板の主面に沿う方向において同じ幅を有していることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device having a capacitive element formed in a first region on a semiconductor substrate and a field effect transistor formed in a second region,
The capacitive element is
A lower electrode formed in the first region;
A laminated film including a bottom potential barrier film formed on the lower electrode, a charge storage film formed on the bottom potential barrier film, and an upper potential barrier film formed on the charge storage film; 1 insulating film;
An upper electrode formed directly on the first insulating film;
A first sidewall formed immediately above the first insulating film and on the side wall of the upper electrode via a second insulating film;
A second sidewall made of an insulating film formed on the side wall of the first sidewall and opposite to the side wall in contact with the second insulating film;
Have
The field effect transistor is
A fifth insulating film formed in the second region;
A gate electrode formed on the fifth insulating film;
A third sidewall formed on the sidewall of the gate electrode;
Source / drain regions formed on the upper surface of the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode;
Have
The semiconductor device, wherein the second sidewall and the third sidewall are made of the same layer and have the same width in a direction along the main surface of the semiconductor substrate.
前記第1サイドウォールは真性半導体膜であるポリシリコン膜からなることを特徴とする請求項6記載の半導体装置。   7. The semiconductor device according to claim 6, wherein the first sidewall is made of a polysilicon film that is an intrinsic semiconductor film. 前記第1サイドウォールは酸化シリコン膜または窒化シリコン膜を主に含む絶縁膜からなることを特徴とする請求項6記載の半導体装置。   7. The semiconductor device according to claim 6, wherein the first sidewall is made of an insulating film mainly including a silicon oxide film or a silicon nitride film. 半導体基板の主面の第1領域に形成された容量素子を有する半導体装置の製造方法であって、
(a)前記第1領域の前記半導体基板上に第1絶縁膜を介して第1導電膜を形成する工程と、
(b)前記第1導電膜を加工して前記第1導電膜からなる下部電極を前記第1領域に形成する工程と、
(c)前記下部電極上に第2絶縁膜を形成する工程と、
(d)前記半導体基板の主面の全面上に第2導電膜を形成する工程と、
(e)前記第1領域の前記第2導電膜を加工して前記第2導電膜からなる上部電極を前記下部電極の直上に形成する工程と、
(f)前記半導体基板を熱処理して前記上部電極の側壁に側壁酸化膜を形成する工程と、
(g)前記半導体基板の主面の全面上に真性半導体膜を形成した後、前記真性半導体膜を加工することにより、前記下部電極の直上であって前記上部電極の側壁に前記側壁酸化膜を介して前記真性半導体膜からなる第1サイドウォールを形成する工程と、
(h)前記上部電極、前記側壁酸化膜、前記第1サイドウォールをマスクとして、露出している前記第2絶縁膜を除去し、前記下部電極、前記第2絶縁膜、前記上部電極および前記第1サイドウォールを有する前記容量素子を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device having a capacitive element formed in a first region of a main surface of a semiconductor substrate,
(A) forming a first conductive film on the semiconductor substrate in the first region via a first insulating film;
(B) processing the first conductive film to form a lower electrode made of the first conductive film in the first region;
(C) forming a second insulating film on the lower electrode;
(D) forming a second conductive film on the entire main surface of the semiconductor substrate;
(E) processing the second conductive film in the first region to form an upper electrode made of the second conductive film directly on the lower electrode;
(F) heat-treating the semiconductor substrate to form a sidewall oxide film on the sidewall of the upper electrode;
(G) After forming an intrinsic semiconductor film on the entire main surface of the semiconductor substrate, the intrinsic semiconductor film is processed to form the sidewall oxide film on the sidewall of the upper electrode directly above the lower electrode. Forming a first sidewall made of the intrinsic semiconductor film via
(H) The exposed second insulating film is removed using the upper electrode, the sidewall oxide film, and the first sidewall as a mask, and the lower electrode, the second insulating film, the upper electrode, and the first electrode are removed. Forming the capacitive element having one sidewall;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記半導体基板上の第2領域に不揮発性メモリを有する半導体装置の製造方法であって、
前記(b)工程では、前記第2領域の前記第1導電膜を除去し、
前記(c)工程では、前記第1領域の前記下部電極上および前記第2領域の前記半導体基板上に、底部電位障壁膜、電荷蓄積膜および上部電位障壁膜を順次形成し、前記底部電位障壁膜、前記電荷蓄積膜および前記上部電位障壁膜からなる前記第2絶縁膜を形成し、
前記(e)工程では、前記第2領域の前記第2絶縁膜上の前記第2導電膜を加工してゲート電極を形成し、
前記(e)工程の後であって前記(f)工程の前に、前記第2領域の前記半導体基板の主面に不純物を導入し、前記ゲート電極の両側の前記半導体基板の主面に半導体領域を形成し、
前記(g)工程では、前記第2領域の前記真性半導体膜を加工することにより、前記ゲート電極の側壁に前記側壁酸化膜を介して前記真性半導体膜からなる前記第1サイドウォールを形成し、
前記(h)工程では、前記第2領域の前記ゲート電極、前記側壁酸化膜および前記第1サイドウォールをマスクとして、露出している前記第2絶縁膜を除去し、
さらに、
(i1)前記(h)工程の後、前記第1サイドウォールの側壁であって前記側壁酸化膜に接する側壁の反対の側壁に絶縁膜からなる第2サイドウォールを形成する工程と、
(j1)前記第2領域の前記ゲート電極、前記側壁酸化膜、前記第1サイドウォールおよび前記第2サイドウォールをマスクとして前記第2領域の前記半導体基板の主面に前記半導体領域と同じ導電型の不純物を前記半導体領域よりも高濃度で導入し、前記半導体基板の主面に拡散層を形成することで、前記第2絶縁膜、前記上部電極、前記第1サイドウォール、前記半導体領域および前記拡散層を有する前記不揮発性メモリを形成する工程と、
を有し、
前記第1サイドウォールは前記不揮発性メモリのゲートとして機能しないことを特徴とする請求項9記載の半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device having a nonvolatile memory in a second region on the semiconductor substrate,
In the step (b), the first conductive film in the second region is removed,
In the step (c), a bottom potential barrier film, a charge storage film, and an upper potential barrier film are sequentially formed on the lower electrode in the first region and the semiconductor substrate in the second region, and the bottom potential barrier is formed. Forming the second insulating film comprising a film, the charge storage film and the upper potential barrier film;
In the step (e), a gate electrode is formed by processing the second conductive film on the second insulating film in the second region,
After the step (e) and before the step (f), impurities are introduced into the main surface of the semiconductor substrate in the second region, and a semiconductor is formed on the main surface of the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode. Forming a region,
In the step (g), by processing the intrinsic semiconductor film in the second region, the first sidewall made of the intrinsic semiconductor film is formed on the sidewall of the gate electrode via the sidewall oxide film,
In the step (h), the exposed second insulating film is removed using the gate electrode, the sidewall oxide film, and the first sidewall in the second region as a mask,
further,
(I1) After the step (h), forming a second sidewall made of an insulating film on the sidewall of the first sidewall opposite to the sidewall in contact with the sidewall oxide film;
(J1) The same conductivity type as the semiconductor region on the main surface of the semiconductor substrate in the second region using the gate electrode, the sidewall oxide film, the first sidewall and the second sidewall in the second region as a mask Is introduced at a higher concentration than the semiconductor region, and a diffusion layer is formed on the main surface of the semiconductor substrate, whereby the second insulating film, the upper electrode, the first sidewall, the semiconductor region, and the Forming the non-volatile memory having a diffusion layer;
Have
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein the first sidewall does not function as a gate of the nonvolatile memory.
前記(j1)工程では、前記第1領域の前記第1サイドウォールをフォトレジスト膜で覆った状態で前記第2領域に不純物を導入し、前記拡散層を形成することを特徴とする請求項10記載の半導体装置の製造方法。   11. The step (j1) is characterized in that the diffusion layer is formed by introducing an impurity into the second region in a state where the first sidewall of the first region is covered with a photoresist film. The manufacturing method of the semiconductor device of description. 前記上部電極、前記下部電極および前記第1サイドウォールはポリシリコン膜からなることを特徴とする請求項10記載の半導体装置の製造方法。   11. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10, wherein the upper electrode, the lower electrode, and the first sidewall are made of a polysilicon film. 第2領域に不揮発性メモリを有する半導体装置の製造方法であって、
前記(b)工程では、前記第2領域の前記第1導電膜を除去し、
前記(c)工程では、前記第1領域の前記下部電極上および前記第2領域の前記半導体基板上に、底部電位障壁膜、電荷蓄積膜および上部電位障壁膜を順次形成し、前記底部電位障壁膜、前記電荷蓄積膜および前記上部電位障壁膜からなる前記第2絶縁膜を形成し、
前記(e)工程では、前記第2領域の前記第2絶縁膜上の前記第2導電膜を加工してゲート電極を形成し、
前記(g)工程では、前記第2領域の前記真性半導体膜を加工することにより、前記ゲート電極の側壁に前記側壁酸化膜を介して前記真性半導体膜からなる前記第1サイドウォールを形成し、
前記(h)工程では、前記第2領域の前記ゲート電極、前記側壁酸化膜および前記第1サイドウォールをマスクとして、露出している前記第2絶縁膜を除去し、
さらに、
(h2)前記(h)工程の後、前記ゲート電極および前記第1サイドウォールをマスクとして前記第2領域の前記半導体基板の主面に不純物を導入し、前記ゲート電極および前記第1サイドウォールからなる構造体の両側の前記半導体基板の主面に半導体領域を形成し、
(i2)前記(h2)工程の後、前記第1サイドウォールの側壁であって前記側壁酸化膜に接する側壁の反対側の側壁に絶縁膜からなる第2サイドウォールを形成する工程と、
(j2)前記第2領域の前記ゲート電極、前記側壁酸化膜、前記第1サイドウォールおよび前記第2サイドウォールをマスクとして前記第2領域の前記半導体基板の主面に前記半導体領域と同じ導電型の不純物を前記半導体領域よりも高濃度で導入し、前記半導体基板の主面に拡散層を形成することで、前記第2絶縁膜、前記上部電極、前記第1サイドウォール、前記半導体領域および前記拡散層を有する前記不揮発性メモリを形成する工程と、
(k2)前記拡散層、前記第1サイドウォール、前記ゲート電極および前記上部電極のそれぞれの上部にシリサイド層を形成し、前記シリサイド層を介して前記第2領域の前記第1サイドウォールと前記ゲート電極とを電気的に接続する工程と、
を有し、
前記第1サイドウォールは前記不揮発性メモリのゲートとして機能することを特徴とする請求項9記載の半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device having a nonvolatile memory in a second region,
In the step (b), the first conductive film in the second region is removed,
In the step (c), a bottom potential barrier film, a charge storage film, and an upper potential barrier film are sequentially formed on the lower electrode in the first region and the semiconductor substrate in the second region, and the bottom potential barrier is formed. Forming the second insulating film comprising a film, the charge storage film and the upper potential barrier film;
In the step (e), a gate electrode is formed by processing the second conductive film on the second insulating film in the second region,
In the step (g), by processing the intrinsic semiconductor film in the second region, the first sidewall made of the intrinsic semiconductor film is formed on the sidewall of the gate electrode via the sidewall oxide film,
In the step (h), the exposed second insulating film is removed using the gate electrode, the sidewall oxide film, and the first sidewall in the second region as a mask,
further,
(H2) After the step (h), impurities are introduced into the main surface of the semiconductor substrate in the second region using the gate electrode and the first sidewall as a mask, and the gate electrode and the first sidewall are Forming a semiconductor region on the main surface of the semiconductor substrate on both sides of the structure,
(I2) after the step (h2), forming a second sidewall made of an insulating film on the side wall of the first sidewall opposite to the side wall in contact with the sidewall oxide film;
(J2) The same conductivity type as the semiconductor region on the main surface of the semiconductor substrate in the second region using the gate electrode, the sidewall oxide film, the first sidewall and the second sidewall in the second region as a mask Is introduced at a higher concentration than the semiconductor region, and a diffusion layer is formed on the main surface of the semiconductor substrate, whereby the second insulating film, the upper electrode, the first sidewall, the semiconductor region, and the Forming the non-volatile memory having a diffusion layer;
(K2) A silicide layer is formed on each of the diffusion layer, the first sidewall, the gate electrode, and the upper electrode, and the first sidewall and the gate in the second region are interposed via the silicide layer. Electrically connecting the electrodes;
Have
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein the first sidewall functions as a gate of the nonvolatile memory.
半導体基板の主面の第1領域に形成された容量素子と、前記半導体基板の主面の第2領域に形成された不揮発性メモリとを有する半導体装置の製造方法であって、
(a)前記第1領域および前記第2領域の前記半導体基板上に第1絶縁膜を介して第1導電膜を形成する工程と、
(b)前記第1導電膜を加工して前記第1導電膜からなる下部電極を前記第1領域に形成し、前記第2領域の前記第1導電膜を除去する工程と、
(c)前記第2領域の半導体基板上および前記第1領域の前記下部電極上に、電位障壁膜、電荷蓄積膜および電位障壁膜を順次形成し、電位障壁膜、電荷蓄積膜および電位障壁膜からなる第2絶縁膜を形成する工程と、
(d)前記第1領域および前記第2領域の前記第2絶縁膜上に第2導電膜を形成する工程と、
(e)前記第1領域の前記第2導電膜を加工して前記第2導電膜からなる上部電極を前記下部電極の直上に形成し、前記第2領域の前記第2導電膜を加工してゲート電極を形成する工程と、
(f)前記第2領域の前記半導体基板の主面に不純物を導入し、前記ゲート電極の両側の前記半導体基板の主面に半導体領域を形成する工程と、
(g)前記半導体基板の主面の全面上に第3絶縁膜を形成した後、前記第3絶縁膜を加工することにより、前記下部電極の直上であって前記上部電極の側壁に前記第3絶縁膜からなる第1サイドウォールを形成し、前記ゲート電極の側壁に前記第3絶縁膜からなる第1サイドウォールを形成する工程と、
(h)前記上部電極、前記ゲート電極および前記第1サイドウォールをマスクとして、露出している前記第2絶縁膜を除去し、前記下部電極、前記第2絶縁膜、前記上部電極および前記第1サイドウォールを有する前記容量素子を形成する工程と、
(i)前記(h)工程の後、前記第1サイドウォールの側壁であって前記上部電極または前記ゲート電極に接する側壁の反対側の側壁に絶縁膜からなる第2サイドウォールを形成する工程と、
(j)前記第2領域の前記ゲート電極、前記第1サイドウォールおよび前記第2サイドウォールをマスクとして前記第2領域の前記半導体基板の主面に前記半導体領域と同じ導電型の不純物を前記半導体領域よりも高濃度で導入し、前記半導体基板の主面に拡散層を形成することで、前記第2絶縁膜、前記上部電極、前記第1サイドウォール、前記半導体領域および前記拡散層を有する前記不揮発性メモリを形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a capacitive element formed in a first region of a main surface of a semiconductor substrate; and a nonvolatile memory formed in a second region of the main surface of the semiconductor substrate,
(A) forming a first conductive film on the semiconductor substrate in the first region and the second region via a first insulating film;
(B) processing the first conductive film to form a lower electrode made of the first conductive film in the first region, and removing the first conductive film in the second region;
(C) A potential barrier film, a charge storage film, and a potential barrier film are sequentially formed on the semiconductor substrate in the second region and the lower electrode in the first region, and the potential barrier film, the charge storage film, and the potential barrier film are formed. Forming a second insulating film comprising:
(D) forming a second conductive film on the second insulating film in the first region and the second region;
(E) processing the second conductive film in the first region to form an upper electrode made of the second conductive film directly on the lower electrode, and processing the second conductive film in the second region; Forming a gate electrode;
(F) introducing an impurity into the main surface of the semiconductor substrate in the second region, and forming a semiconductor region on the main surface of the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode;
(G) A third insulating film is formed on the entire main surface of the semiconductor substrate, and then the third insulating film is processed, so that the third insulating film is formed directly on the side wall of the upper electrode directly above the lower electrode. Forming a first sidewall made of an insulating film, and forming a first sidewall made of the third insulating film on a side wall of the gate electrode;
(H) The exposed second insulating film is removed using the upper electrode, the gate electrode, and the first sidewall as a mask, and the lower electrode, the second insulating film, the upper electrode, and the first electrode are removed. Forming the capacitive element having a sidewall;
(I) after the step (h), forming a second sidewall made of an insulating film on the side wall of the first sidewall opposite to the side wall in contact with the upper electrode or the gate electrode; ,
(J) Impurities having the same conductivity type as the semiconductor region are formed on the main surface of the semiconductor substrate in the second region using the gate electrode, the first sidewall, and the second sidewall in the second region as a mask. Introducing at a higher concentration than the region, and forming a diffusion layer on the main surface of the semiconductor substrate, the second insulating film, the upper electrode, the first sidewall, the semiconductor region, and the diffusion layer Forming a non-volatile memory;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
半導体基板の主面の第1領域に形成された容量素子と、前記半導体基板の主面の第2領域に形成された電界効果トランジスタとを有する半導体装置の製造方法であって、
(a)前記第1領域および前記第2領域の前記半導体基板上に第1絶縁膜を介して第1導電膜を形成する工程と、
(b)前記第1領域の前記第1導電膜を加工し、前記第1導電膜からなる下部電極を形成し、前記第2領域に前記第1導電膜を残す工程と、
(c)前記半導体基板の主面の全面上に、電位障壁膜、電荷蓄積膜および電位障壁膜を順次形成し、電位障壁膜、電荷蓄積膜および電位障壁膜からなる第2絶縁膜を形成する工程と、
(d)前記半導体基板の主面の全面上に第2導電膜を形成する工程と、
(e)前記第1領域の前記第2導電膜を加工して前記第2導電膜からなる上部電極を前記下部電極の直上に形成し、前記第2領域の前記第2導電膜を除去する工程と、
(f)前記半導体基板を熱処理して前記上部電極の側壁に側壁酸化膜を形成する工程と、
(g)前記半導体基板の主面の全面上に膜を形成した後、前記膜を加工することにより、前記下部電極の直上であって前記上部電極の側壁に前記側壁酸化膜を介して前記膜からなる第1サイドウォールを形成する工程と、
(h)前記上部電極、前記側壁酸化膜、前記第1サイドウォールをマスクとして、露出している前記第2絶縁膜を除去し、前記下部電極、前記第2絶縁膜、前記上部電極および前記第1サイドウォールを有する前記容量素子を形成し、前記第2領域の前記第2絶縁膜を除去する工程と、
(i)前記第1領域をフォトレジスト膜で覆った状態で前記第2領域の前記第1導電膜を加工することにより、前記第1導電膜からなるゲート電極を形成する工程と、
(j)前記第1領域をフォトレジスト膜で覆った状態で前記ゲート電極をマスクとして前記第2領域の前記半導体基板の主面に不純物を導入し、前記ゲート電極の両側の前記半導体基板の主面に半導体領域を形成する工程と、
(k)前記半導体基板の主面の全面上に絶縁膜を形成し、前記絶縁膜を加工することにより、前記第1サイドウォールの側壁であって前記側壁酸化膜に接する側壁の反対側の側壁および前記ゲート電極の側壁のそれぞれに前記絶縁膜からなる第2サイドウォールを形成する工程と、
(l)前記第1領域をフォトレジスト膜で覆った状態で前記第2領域の前記ゲート電極および前記第2サイドウォールをマスクとして前記第2領域の前記半導体基板の主面に前記半導体領域と同じ導電型の不純物を前記半導体領域よりも高濃度で導入し、前記半導体基板の主面に拡散層を形成することで、前記ゲート電極、前記半導体領域および前記拡散層を有する前記電界効果トランジスタを形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a capacitive element formed in a first region of a main surface of a semiconductor substrate; and a field effect transistor formed in a second region of the main surface of the semiconductor substrate,
(A) forming a first conductive film on the semiconductor substrate in the first region and the second region via a first insulating film;
(B) processing the first conductive film in the first region, forming a lower electrode made of the first conductive film, and leaving the first conductive film in the second region;
(C) A potential barrier film, a charge storage film, and a potential barrier film are sequentially formed on the entire main surface of the semiconductor substrate, and a second insulating film including the potential barrier film, the charge storage film, and the potential barrier film is formed. Process,
(D) forming a second conductive film on the entire main surface of the semiconductor substrate;
(E) Process of processing the second conductive film in the first region to form an upper electrode made of the second conductive film directly on the lower electrode, and removing the second conductive film in the second region When,
(F) heat-treating the semiconductor substrate to form a sidewall oxide film on the sidewall of the upper electrode;
(G) Forming a film on the entire main surface of the semiconductor substrate, and then processing the film, so that the film is directly above the lower electrode and on the side wall of the upper electrode via the side wall oxide film. Forming a first sidewall comprising:
(H) The exposed second insulating film is removed using the upper electrode, the sidewall oxide film, and the first sidewall as a mask, and the lower electrode, the second insulating film, the upper electrode, and the first electrode are removed. Forming the capacitive element having one sidewall and removing the second insulating film in the second region;
(I) forming a gate electrode made of the first conductive film by processing the first conductive film in the second region in a state where the first region is covered with a photoresist film;
(J) Impurities are introduced into the main surface of the semiconductor substrate in the second region using the gate electrode as a mask in a state where the first region is covered with a photoresist film, and the main regions of the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode are introduced. Forming a semiconductor region on the surface;
(K) Forming an insulating film on the entire main surface of the semiconductor substrate, and processing the insulating film, thereby forming a side wall of the first side wall opposite to the side wall in contact with the side wall oxide film. And forming a second sidewall made of the insulating film on each of the sidewalls of the gate electrode;
(L) Same as the semiconductor region on the main surface of the semiconductor substrate in the second region with the gate electrode and the second sidewall in the second region as a mask with the first region covered with a photoresist film The field effect transistor having the gate electrode, the semiconductor region, and the diffusion layer is formed by introducing a conductivity type impurity at a higher concentration than the semiconductor region and forming a diffusion layer on the main surface of the semiconductor substrate. And a process of
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記第1サイドウォールは真性半導体膜であるポリシリコン膜からなることを特徴とする請求項15記載の半導体装置の製造方法。   16. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 15, wherein the first sidewall is made of a polysilicon film which is an intrinsic semiconductor film. 前記第1サイドウォールは酸化シリコン膜または窒化シリコン膜を主に含む絶縁膜からなることを特徴とする請求項15記載の半導体装置の製造方法。   16. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 15, wherein the first sidewall is made of an insulating film mainly including a silicon oxide film or a silicon nitride film.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018026455A (en) * 2016-08-10 2018-02-15 セイコーエプソン株式会社 Semiconductor device and method of manufacturing the same

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